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

基本信息

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

项目摘要

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．

今年，为了研究固体燃料对涉及化学反应的单个颗粒周围热和传质的反应性的影响，我们通过输入CHAR和CO2气化反应速率的部分氧化反应进行了模拟，该反应速率被认为是生物量CHAR，作为异质反应率。具体而言，基于有限体积方法的一维球形坐标系统获得了连续方程，节能方程和化学物种保护方程的数值解。 Regardless of the temperature and oxygen concentration of offshore gas, which is the boundary condition, the molar fraction of oxygen and carbon monoxide concentrated around the particles decreased and increased monotonically towards the particle surface, while the molar fraction of carbon dioxide showed a maximum at around r/dp = 1. Furthermore, the temperature around the particles was at a maximum of r/dp = 1. Therefore, it has been suggested that the oxidation reaction在CO中，发生在颗粒附近的放热反应，而CHAR的CO2气化反应是粒子表面上发生的吸热反应，是一个很大的作用。随着近海氧摩尔分数的边界条件增加，颗粒周围气体的温度分布向高温侧移动。此外，随着近海氧的摩尔比例（即边界条件）的摩尔比例增加，CHAR的消耗率（Char和CO2气化反应速率的部分氧化反应的总和）增加，但氧气的摩尔分数越高，增加的速率降低。为了检查这一结果，我们研究了CHAR的部分氧化反应速率与CHAR消费率的比率，因为CHAR消耗率分解。结果，当边界条件的近海氧的摩尔比例很低时，char的部分氧化反应速率的比例约为1，但随着海上温度的升高而减小。另一方面，当离岸氧的摩尔比例很高时，char的部分氧化反应速率的比例几乎是恒定的，低值为0.2。因此，人们认为，即使氧气的摩尔分数在一定程度上增加，效果也会降低。

项目成果

期刊论文数量（2）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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

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通讯作者：
赤松正人，小林雄大，伊澤大輝，金子尚輝，安原薫，岩本光生