高強度かつ高反応性なコークス設計のための反応劣化・破壊挙動の解明

反応によるガスの発生および基質の消失を考慮したコークスの反応劣化分布の解析プログラムを構築した．特に反応を考慮することにより解析が不安定となることから，安定的に解析を実施可能な手法について検討した．また，開発したプログラムは検証問題を実施することでその妥当性を確認した．さらに，本解析プログラムにおけるパラメータとして実験によって測定された反応速度定数を用い，実コークスにおけるコークス反応劣化についてのシミュレーションを実施した．反応ガスを供給可能な高温の反応装置を用いることにより，コークス塊のガス化反応実験を実施した．ガス化反応時における重量変化を測定することで高炉内の環境下における反応率の経時的な挙動を評価するとともに，反応後のコークスをX線CTを用いて撮像することで，反応にともなうコークス基質の消失を定量的に評価した．さらに，反応炉を用いて測定した本実験結果を反応劣化分布の解析プログラムへとフィードバックすることにより，シミュレーションの結果をより高精度化することができた．基質構造の影響をより高精度に反映することが可能な有限要素法に基づく新規解析手法の開発に取り組んだ．本計算手法は，四面体中に事前に定義された亀裂面に対してリメッシュを繰り返すことにより亀裂の進展を表現する手法であり，有限要素法に基づいた手法であるために応力解析の精度が高く，また複雑な亀裂形状を安定的に解析することができる．既存の数値解析結果との比較により，提案した解析手法の妥当性を確認することができた．ガス化反応後のコークスを対象に破壊解析を実施し，コークスの反応様式と破壊挙動の関係について定量的な検討を実施した．さらに，触媒の添加を想定した条件での解析について検討し，添加した触媒が反応率分布および破壊様式に及ぼす影響について明確にすることができた．

反応によるガスの発生および基質の消失を考慮したコークスの反応劣化分布の解析プログラムを構築した．特に反応を考慮することにより解析が不安定となることから，安定的に解析を実施可能な手法について検討した．また，開発したプログラムは検証問題を実施することでその妥当性を確認した．さらに，本解析プログラムにおけるパラメータとして実験によって測定された反応速度定数を用い，実コークスにおけるコークス反応劣化についてのシミュレーションを実施した．反応ガスを供給可能な高温の反応装置を用いることにより，コークス塊のガス化反応実験を実施した．ガス化反応時における重量変化を測定することで高炉内の環境下における反応率の経時的な挙動を評価するとともに，反応後のコークスをX線CTを用いて撮像することで，反応にともなうコークス基質の消失を定量的に評価した．さらに，反応炉を用いて測定した本実験結果を反応劣化分布の解析プログラムへとフィードバックすることにより，シミュレーションの結果をより高精度化することができた．基質構造の影響をより高精度に反映することが可能な有限要素法に基づく新規解析手法の開発に取り組んだ．本計算手法は，四面体中に事前に定義された亀裂面に対してリメッシュを繰り返すことにより亀裂の進展を表現する手法であり，有限要素法に基づいた手法であるために応力解析の精度が高く，また複雑な亀裂形状を安定的に解析することができる．既存の数値解析結果との比較により，提案した解析手法の妥当性を確認することができた．ガス化反応後のコークスを対象に破壊解析を実施し，コークスの反応様式と破壊挙動の関係について定量的な検討を実施した．さらに，触媒の添加を想定した条件での解析について検討し，添加した触媒が反応率分布および破壊様式に及ぼす影響について明確にすることができた．