報告書番号

M07015

タイトル（和文）

微粉炭燃焼場の高精度数値シミュレーション手法 －RANS法、LES法と実験結果との比較－

タイトル（英文）

High accurate numerical mehtods on pulverized coal combustion fields -Comparison between RANS and LES with experiment-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

RANS法とLES法による計算が可能な熱流動数値シミュレーションベースコードと微粉炭燃焼モデルによるガス温度、主要ガス濃度、粒子挙動、およびNOx生成などの基本的燃焼特性を計算可能な微粉炭燃焼モジュールからなる数値計算コードを開発した。本計算コードを用いて石炭燃焼試験炉を対象とする数値計算を実施した。本計算コードによるガス温度の計算値は実験値と定性的によく一致していることから、従来のRANSに加えて、LESでも微粉炭の基本的燃焼特性を予測可能であることが、本計算により初めてわかった。また、前報のコールド流れと同様、燃焼流においてもRANSはLESよりも再循環流領域を過大に評価すること、さらに、レーザーによる粒子速度計測結果との比較から、LESは、RANSでは計算し得ない、粒子の瞬時軸方向速度が正負を繰り返す粒子の非定常な挙動を捉えられることがわかった。これらの結果から、LESはRANSに比較して、着火性や保炎性の予測に重要なバーナ近傍の強い旋回流や粒子挙動に対する計算精度が高いことが明らかとなったが、一方で倍以上の計算時間を要する。そこで、実機微粉炭ボイラを対象とする大規模かつ高精度な数値シミュレーションの実施には、バーナ近傍にLESを用い、他の大部分をRANSで計算するLES/RANS連携計算が有効だと考えられる。

概要 （英文）

A numerical simulation code to calculate reacting flows inside the pulverized coal combustion furnace was developed and the numerical simulation of coal combustion on the coal combustion test furnace was performed in terms of RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes) and LES(Large-eddy simulation). Results show that the predicted profile of gas-phase temperature is qualitatively in good agreement with the experimental result. In addition to the conventional RANS calculation, it is found that the basic combustion characteristics can be predicted by LES. It is also revealed that the recirculation region predicted by RANS tends to be overestimated. Moreover, the fluctuation of paritcles' instantaneous velocity predicted by LES is in good agreement with the experimental data obtained by LASER measurement. LES tends to spend more than twice CPU time than that for RANS, although LES is much accurate than RANS. Therefore, the combination of LES and RANS in which LES is applied to the near burner region and RANS is applied to the other region is efficient to calculate the practical pulverized coal combustion boiler.

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