微粉炭燃焼における科学技術の適用と合理的設計法の提案

科学技术在煤粉燃烧中的应用及合理设计方法的提出

• 批准号: 10750543
• 负责人: 青木 秀之
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10750543/
• 关键词: 微粉炭燃焼; 石炭溶解灰; 灰付着モデル; 壁面近傍; 数値計算; 低Re型k-ε2方程式モデル; Lagrange法; 乱流変動; 石炭ガス化; 石炭溶融灰; 炉壁; 付着モデル; シミュレーション; k-ε2方程式モデル

本研究は、微粉炭燃焼炉内において燃焼後生成する石炭溶融灰の炉壁面への付着挙動を実験により解明し、その結果から灰付着現象の定量化を可能とするための灰付着モデルを開発し、実炉への適用を目的に開始された。その結果以下のような知見が得られた。粒径φ1-50μmの溶融灰粒子の挙動は粒子周りの流れ場により大きく左右される。灰付着量測定および付着挙動可視化実験では、この点を踏まえ、流れ場を出来るだけ単純化し、常温における旋回なしの直方アクリル製ダクト内における微粒子の壁面近傍における付着挙動のみに着目した模擬実験を行った。同時に当研究室で開発された流れ場の数値計算プログラムコード(低Re型k-ε2方程式モデル使用)を実験装置の壁近傍の解析に用い、粒子運動については粒子一つ一つの挙動に着目したLagrange法を用い壁面近傍の粒子挙動を解析し、実験および計算の両面からのアプローチを行った。粒子運動には乱流変動を考慮した気流との相互作用による抵抗力、重力、粒子の回転運動による回転揚力、壁近傍のせん断流れ場による揚力を考慮した。以上の結果から、このような粒径の粒子の付着挙動には乱流変動が大きな影響を与える事が明らかになった。粒径が小さくなるにつれ、粒子の慣性力は弱まり、壁に衝突した粒子は、殆ど反射することなく、付着することがわかった。また、粒子の付着挙動には壁近傍で発生する乱流渦と浮遊粒子の相互作用が重要であるため、壁面の粗さも付着挙動を決定する大きな因子の一つである事が明らかになった。今後、以上で得られた知見を当研究室の燃焼数値計算プログラムコードに組み込み、実炉に適用する事により、最適な操業条件を提案する。これまで付着挙動まで考慮した燃焼シミュレーションモデルは存在しなかったため、このような試みは非常に重要である。

本研究旨在通过实验阐明煤粉燃烧炉燃烧后产生的熔融煤灰对炉壁的粘附行为，并根据结果建立灰粘附模型，以量化灰粘附现象。最初的目的是将其应用于实际反应堆。结果，获得了以下发现。粒径为φ1-50μm的熔灰颗粒的行为受颗粒周围流场的影响较大。在灰附着量测量和附着行为可视化实验中，基于这一点，我们尽可能简化流场，仅针对矩形亚克力风管内壁面附近细小颗粒的附着行为进行了模拟实验，而没有考虑到这一点。在室温下旋转。同时，我们使用实验室开发的流场数值计算程序代码（使用低Re型k-ε2方程模型）对实验设备靠近壁的区域进行分析，重点关注单个颗粒的行为关于粒子运动，使用拉格朗日方法，使用实验和计算方法来分析靠近壁的粒子的行为。对于粒子运动，考虑了由于考虑了湍流波动而与气流相互作用而产生的曳力、重力、由于粒子的旋转运动而产生的旋转升力以及由于壁附近的剪切流场而产生的升力。从上述结果可以清楚地看出，湍流脉动对该尺寸颗粒的粘附行为有很大影响。研究发现，随着颗粒尺寸的减小，颗粒的惯性力减弱，与壁碰撞的颗粒几乎不反射地粘在壁上。此外，由于壁附近产生的湍流涡旋与悬浮颗粒之间的相互作用对于颗粒的粘附行为很重要，因此壁表面的粗糙度也是决定粘附行为的主要因素之一。未来，我们将把上述获得的知识纳入我们实验室的燃烧数值计算程序代码中，并将其应用到实际反应堆中，以提出最佳运行条件。到目前为止，还没有甚至考虑粘附行为的燃烧模拟模型，因此这样的尝试极其重要。

项目成果

鈴木朗,Trisaksono Bagus Priambodo,青木秀之,三浦隆利: "固気2相流における微粒子の壁面付着現象の解明"日本機械学会熱工学講演会講演論文集[1998-11,名古屋]. 326-327 (1998)

Akira Suzuki、Trisaksono Bagus Priambodo、Hideyuki Aoki、Takatoshi Miura：“固-气两相流中细颗粒的壁粘附现象的阐明”日本机械工程学会热工会议论文集[1998-11，名古屋] 326-327（1998）。

鈴木朗,Trisaksono Bagus Priambodo,青木秀之,三浦隆利: "Adhering Phenomena of Coal Ash Particles to the Furnace Wall"Fifth Intenational Conference on Technologies and Combustion for a Clean Environment [1999-7, Lisbon-Portugal]. volumeII. 1201-1206 (1999)

Akira Suzuki、Trisaksono Bagus Priambodo、Hideyuki Aoki、Takatoshi Miura：“煤灰颗粒粘附到炉壁上的现象”第五届清洁环境技术与燃烧国际会议[1999-7，葡萄牙里斯本]。 1206 (1999)

Trisaksono Bagus Priambodo,鈴木朗,青木秀之,三浦隆利: "Tendency of Adhesive Particles on the Liquid Wall Layer in the Turbulent Flow Channel"第36回日本伝熱シンポジウム講演論文集[1999-5,熊本]. 709-710 (1999)

Trisaksono Bagus Priambodo、Akira Suzuki、Hideyuki Aoki、Takatoshi Miura：“湍流通道中液体壁层上的粘附颗粒的趋势”第 36 届日本传热研讨会论文集 [1999-5，熊本]。 ）