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超臨界圧流体は、環境への負荷が少なく、化学的に安定・安全であり、低コストである。現在、固有な特徴を活かした工業分野への応用が、急速に進んでいる。有用物質の抽出において、不燃性で溶解力の大きい超臨界圧二酸化炭素を抽出溶媒とすることは、環境にやさしく、グリーンサスティナブルケミストリーの視点から注目を集めている。原子力の分野では、超臨界圧水を冷却材とするスーパー高速炉の研究が進行中である。さらに、将来の核融合炉でも高い発電効率が取得可能なため、有力な設計概念の―つとなっている。
基礎学術分野においては、実験や理論から、擬臨界点付近の伝熱劣化や乱流熱伝達現象の把握が進んでいる。しかしながら、正確な計測が困難な物理量に関しては、未だ経験則の域を脱していない。また、支配方程式にモデル化を施した数値計算での研究も行われているが、経験式を含むため、精度の信頼性に欠けるのが実情である。他方、本研究でのモデルを用いない直接数値シミュレーション(DNS)は、高精度な結果を取得可能である。
超臨界圧流体の乱流熱伝達現象のメカニズム解明は、工業分野から基礎学術分野にわたって大きな貢献が可能であることから、本研究は画期的な研究となりうる。
本研究では、超臨界圧水、超臨界圧二酸化炭素を対象とし、変物性を考慮した単相流の数値シミュレーションを実施し、より汎用性のある流体シミュレーションコードを確立することを最終目的とする。
本年度は、物性値コード(PROPATH)を汎用流体解析コードに組み込む作業を実施した。また、完成した変物性コードを用いて、円管内の超臨界圧二酸化炭素を対象に流体数値シミュレーションを実施し、擬臨界点を越すことを達成した。
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