固気反応と気相反応の統一的モデリングによる炭素資源の利用技術の新展開

固气气相反应统一建模碳资源利用技术新发展

• 批准号: 18J11135
• 负责人: 赤尾津 翔大
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J11135/
• 关键词: 数値解析; 微粉炭; 固気反応; 燃焼; 乱流

本研究では，化学反応に関する情報をデータベースとして保存し，それを流体計算に使用する手法(Flamelet/Progress-Variable, FPV法)を固気二相流に拡張することで，低計算負荷かつ高精度な固気二相流の数値解析を実現した．昨年度，拡張したFPV法の精度を検証するため，固気反応と気相反応が混在する系のうちの一つである微粉炭の拡散火炎の計算を実施し，その結果を化学反応の解析方法として最も精度が高いとされる詳細化学反応機構を用いた場合の結果と比較した．その結果，FPV法を用いることにより，詳細化学反応機構と同等の精度の計算を，わずか数十分の一の計算時間で実施可能になることがわかった．さらに実体系への適用性について確認するため，昨年度，構築した乱流の高精度な解析方法と組み合わせて微粉炭燃焼の三次元非定常乱流シミュレーションを実施した．FPV法は微粉炭粒子の飛行挙動や化学種の体積分率の実験値を表現可能であり，従来使用していたモデルと比較して計算精度が大幅に向上した．これは，構築したデータベースが微粉炭の実用燃焼器内で想定されるさまざまな化学反応を記述可能であることを示す結果であり，本手法により窒素酸化物といった生成量が微量な環境汚染物質の予測も可能になることを示唆している．比較対象とする実験値の測定精度の関係上，今回は小型のモデルバーナーを対象としたが，FPV法の特徴の一つである計算負荷低減の効果により，パイロットスケールや実用規模の燃焼炉も現実的な負荷で計算可能になると考える．したがって，今回，構築したモデルを用いることで，次世代の固体炭素資源の利用技術の開発期間が短縮することが期待できる．

In this study, the information related to chemical reaction is preserved, and the Flamelet/Progress-Variable (FPV) method is used to calculate the solid-gas two-phase flow. The numerical analysis of solid-gas two-phase flow is realized with low computational load and high accuracy. Last year, the accuracy of the FPV method was verified, and the results of the calculation of the dispersion of fine carbon particles in the solid phase reaction system were compared with the results of the chemical reaction analysis method. The results of FPV method are as follows: detailed chemical reaction mechanism, calculation with equivalent accuracy, calculation time of ten minutes, calculation time of ten minutes, calculation time of ten minutes. The applicability of the system was confirmed. In the past year, the high precision analytical method for constructing turbulence and the combination of three-dimensional unsteady turbulence for the combustion of fine carbon particles were implemented. The FPV method was used to improve the calculation accuracy greatly. This paper describes the possibility of chemical reaction in the combustion chamber of micro-carbon and shows the result. This paper describes the possibility of production of micro-acid and micro-environmental pollutant. In comparison with the measurement accuracy of the target value, the characteristics of the FPV method are compared with those of the small-scale combustion furnace. The development period of solid carbon resource utilization technology for the next generation is expected to shorten.

项目成果

Flamelet/progress-variableモデルを用いた微粉炭ジェットバーナーのLarge eddy simulation

使用Flamelet/进度变量模型的煤粉喷射燃烧器大涡模拟

• 发表时间: 2019
• 作者: 赤尾津翔大;松下洋介;青木秀之;Weeratunge Malalasekera
• 通讯作者: Weeratunge Malalasekera

Effects of infinitely fast chemistry on combustion behavior of coaxial diffusion flame predicted by large eddy simulation

• DOI: 10.1016/j.fuproc.2019.106226
• 发表时间: 2020-03
• 期刊: Fuel Processing Technology
• 影响因子: 7.5
• 作者: Shota Akaotsu;Ryoma Ozawa;Y. Matsushita;H. Aoki;W. Malalasekera

Loughborough University(英国)

拉夫堡大学（英国）

Extending Semi-parallel Reaction Model of Pulverized Coal Particle to Various Coal Types

将煤粉颗粒半平行反应模型推广到各种煤种

• DOI: 10.3775/jie.98.35
• 发表时间: 2019
• 期刊: Journal of the Japan Institute of Energy
• 影响因子: 0.2
• 作者: AKAOTSU Shota;ISHIMODA Kengo;SAITO Yasuhiro;MATSUSHITA Yohsuke;AOKI Hideyuki
• 通讯作者: AOKI Hideyuki

Analysis of flame structure using detailed chemistry and applicability of flamelet/progress variable model in the laminar counter-flow diffusion flames of pulverized coals

• DOI: 10.1016/j.apt.2019.12.019
• 发表时间: 2020-03
• 期刊: Advanced Powder Technology
• 影响因子: 5.2
• 作者: Shota Akaotsu;Y. Matsushita;H. Aoki;W. Malalasekera