次世代発電サイクル創成のための超臨界二酸化炭素流動の解明と数理モデル構築

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超臨界二酸化炭素を用いた発電サイクルは間接加熱方式および直接加熱方式に大別され，米国ではSTEP (Supercritical Transformation of Electrical Power)プロジェクト，ヨーロッパではHorizon 2020 SOLARSCO2OLプロジェクトが実施されているなど，環境適合性およびエネルギー効率の観点から急速に研究が進められている．間接加熱方式の超臨界二酸化炭素ブレイトンサイクルでは主に圧縮機やタービンの回転機械と熱交換器で構成されており，臨界点近傍で運転されるため臨界点近傍では密度や定圧比熱などの熱物性値が急激かつ連続的に変化することが知られており，圧縮機内部流動や熱交換器内部の超臨界二酸化炭素の非定常流動について十分に明らかになっていなかった．特に圧縮機内部では局所的な温度，圧力の低下から局所的に二酸化炭素が凝縮することから液滴生成による損失，液滴衝突による機器の摩耗などが予想されているものの，液滴成長が流動や損失へ与える影響は明らかになっていない．本研究では遠心圧縮機流動，熱交換器流動の数値解析および熱伝達特性の解明およびサイクルへの影響について明らかにすることを目的としている．本年度は臨界点近傍条件および低圧条件における遠心圧縮機内部流動について非平衡凝縮モデルを用いた流動解析を実施して，圧力条件の差異が凝縮および流動に与える影響を評価し，圧力条件によって非平衡凝縮に差異が生じることを明らかにした．これらは液滴生成による損失，液滴衝突による損傷の予測に資する結果となった．さらに加熱管路内部の超臨界流体流動の解析を実施して臨界点近傍における熱物性値変化の影響を示した．