Kinetics and modelling of chemical reactions on the surface and vicinity of solid fuels

固体燃料表面和附近化学反应的动力学和建模

• 批准号: 21K03891
• 负责人: 松下 洋介
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Hirosaki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03891/
• 关键词: 熱移動; 物質移動; 燃焼; 数値解; 単一粒子; シミュレーション; 固体燃料; 不均一反応; 詳細化学反応機構; ラジカル; Stefan-Maxwell式

今年度は，固体燃料の反応性が化学反応を伴う単一粒子周りの熱・物質移動に及ぼす影響を検討するため，不均一反応速度として，バイオマス・チャーを想定したチャーの部分酸化反応とCO2ガス化反応速度を入力してシミュレーションを実施した．具体的には，有限体積法に基づき，一次元球座標系において，連続の式，エネルギー保存式および化学種の保存式の数値解を求めた．境界条件である沖合のガスの温度と酸素濃度によらず，粒子周りの酸素および一酸化炭素濃のモル分率は粒子表面に向かってそれぞれ単調に減少および増加したのに対し，二酸化炭素のモル分率はr/dp = 1付近で極大を示した．また，粒子周りの温度はr/dp = 1付近で極大を示した．そのため，粒子のごく近傍において生じる発熱反応であるCOの酸化反応，粒子表面で生じる吸熱反応であるチャーのCO2ガス化反応の影響が大きいことが示唆された．境界条件である沖合の酸素のモル分率の増加に伴い，粒子周りのガスの温度分布は高温側にシフトした．また，境界条件である沖合の酸素のモル分率の増加に伴い，チャーの消費速度（チャーの部分酸化反応とCO2ガス化反応速度の和）は増加したものの，酸素のモル分率が高いほどその増加割合は減少した．この結果を検討するため，チャーの消費速度の内訳として，チャーの消費速度に対するチャーの部分酸化反応速度の割合を検討した．その結果，境界条件である沖合の酸素のモル分率が低い場合，チャーの部分酸化反応速度の割合はほぼ1であるのに対し，沖合の温度の上昇に伴い減少した。一方，沖合の酸素のモル分率が高い場合，チャーの部分酸化反応速度の割合は0.2と低い値でほぼ一定となった．そのため，酸素のモル分率は一定以上上昇させてもその効果は小さくなると考えられる．

This year, the chemical reaction of solid fuels is accompanied by heat and mass transfer. Specific, finite volume method, basic, one-dimensional spherical coordinate system, continuous equation, The temperature and concentration of acid in the particle cycle and the concentration of acidified carbon in the particle surface decrease and increase respectively, and the concentration of acidified carbon in the particle surface decreases and increases respectively, and the concentration of acidified carbon in the particle cycle increases and decreases respectively. The temperature of the particle cycle is r/dp = 1. CO2 acidification reaction, particle surface absorption reaction, CO2 acidification reaction. The temperature distribution of particle cycle is higher than that of high temperature side. In addition, under the boundary conditions, the acid content of the compound increases, and the consumption rate of the compound (the sum of the partial acidification reaction rate of the compound and the CO2 reaction rate) increases. The results of this study are as follows: (1) the internal variation of the consumption rate of the oil;(2) the internal variation of the consumption rate of the oil; and (3) the partial acidification reaction rate of the oil. As a result, when the concentration ratio of the acid in the reaction mixture is low, the partial acidification reaction rate of the reaction mixture is reduced, and the temperature of the reaction mixture is increased. On the one hand, the acid concentration ratio of the impact is high, and the partial acidification reaction rate of the impact is 0.2 to low. The percentage of acid in the sample increased over a certain period of time.

项目成果

単一粒子周りの熱・物質移動を考慮したバイオマスチャーの燃焼シミュレーション

考虑单颗粒周围传热传质的生物质炭燃烧模拟

• 发表时间: 2023
• 作者: 森岡聡真;松川嘉也;青木秀之;松下 洋介
• 通讯作者: 松下 洋介

火炎中のラジカルによる不均一反応を考慮した固体燃料粒子の燃焼解析

考虑火焰中自由基引起的非均相反应的固体燃料颗粒的燃烧分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 加藤徹大;小林智博;石母田健悟;松川嘉也;松下洋介;青木秀之
• 通讯作者: 青木秀之