IMRAM

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

東北大学
多元物質科学研究所

LAST UPDATE 2021/05/04

  • 研究者氏名
    Researcher Name

    丸岡伸洋　Nobuhiro MARUOKA
    助教　Assistant Professor

  • 所属
    Professional Affiliation

    東北大学多元物質科学研究所
    Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

    プロセスシステム工学研究部門　環境適合素材プロセス研究分野
    Division of Process and System Engineering, Environmental-Conscious Material Processing

  • 研究キーワード
    Research Keywords

    多相反応シミュレーター・数値解析（CFD, MPS, DEM）
    エネルギー・副産物のカスケード利用・産業間連携
    エクセルギー解析
    境膜剥ぎ取り式高効率熱交換器の開発
    Multiphase simulator with reaction (CFD, MPS, DEM)
    Cascade utilization of by-products and waste heat, industry collaboration
    Exergy analysis
    Double Film Robber scraping heat exchanger
研究テーマ
Research Subject
高温プロセスを基盤とする持続可能システムの開発
Development of sustainable system based on the high temperature process

研究の背景 Background

鉄鋼をはじめとする金属生産プロセスはエネルギー多消費の高温プロセスです。持続可能な社会実現にはプロセスの改善・最適化だけでなく、その廃熱や副産物の他産業への有効利用が有望です。そこでは、エネルギーや物質の量による評価だけでなく、その価値を考慮したエクセルギー解析が重要です。

Metal production process such as an iron and steel production is a high temperature process which consumes a lot of energy. To achieve the sustainable society, not only improvement and optimization of each process, but also utilizations of waste heat and by-products emitted from a process to the other industries are promising. Exergy analysis is important because exergy can evaluate the quality of energy and substance.

研究の目標 Outcome

高温プロセス内における物質の流動・熱の移動・反応機構を解明するため、CFD,DEM,MPS等の数値解析手法を組み合わせた多相反応シミュレーターを開発しています。同時に電気炉を用いた高温実験を行い、開発したシミュレーターの検証・改善を行います。また、各種産業・プロセスが必要とする熱・原料、および発生する廃熱、副産物を調査し、産業間連携によるシステム全体の最適化を目指すとともに、必要な要素技術を開発します。

To investigate the material and thermal flows and the mechanism of reaction, we develop a multiphase simulator by using CFD, DEM, and MPS method. High temperature experiment is also carried out for evaluating the developed simulator. The material and energy flow in each industry and each processes are analyzed for optimizing the total system by industrial collaboration.

研究図Research Figure

Fig. 1 Gas flow-field calculated by CFD Gas outlet Gas inlet Fig. 2 Experimental setup for high temperature experiment 18 Heater Thermocouple Water-cooled cap Ｗater-cooled cap Support HB tube Iron foil Exhaust gas CO/CO2 MgO crucible Fig. 3 Energy cascade utilization 7 Fossil fuel Steelmaking Ceramic Chemical Paper making Civilian use Conventional system Reduction and melting of iron ore, etc. Calcination of limestone, etc. Steam reforming, etc. Pulping method, etc. Cooking, washing, bath etc. Thermal energy flow as cascade system The adiabatic flame temperature of fossil fuels ; Over 2000K

文献 / Publications

ISIJ Int. 55, 419-427 (2015). Tetsu-to-Hagané 100, 434-444 (2014). TAIKABUTSU 65, 161-167 (2013). ISIJ Int. 54, 2569-2577 (2014). ISIJ Int. 54, 1983-1990 (2014). Journal of JSEM 14, s200-s204 (2014). ISIJ Int. 53, 1709-1714 (2013).

研究者HP