球面調和関数法による分散粒子群の2次元軸対称ふく射輸送シミュレーション

摘要

次世代のCO_2 フリー水素製造法として高温太陽集熱による二段階水熱分解サイクルが注目されている．近年，反応性セラミック（金属酸化物）粒子による内循環流動層式ソーラー反応器が児玉らによって開発され，水素製造の実証実験が行われている．この水素製造法をさらに高効率化させるためには，反応器の熱損失を可能な限り低減させ，エネルギー効率を最大限に高める必要がある．太陽集光は，反応器内で分散粒子群によって光吸収·散乱を起こし，かつ粒子群は1000K 以上の高温状態となるため，反応器内のふく射輸送が，主要な伝熱モードであると考えられる．しかしながら，このふく射輸送現象は複雑なため正確に予測することは困難であり，研究例も僅かである．そこで本研究の目的は，反応器内の分散粒子群による太陽光の吸収·散乱を高速かつ正確に予測できるふく射輸送解析コードを開発することである．本研究では，多重散乱を伴うふく射輸送問題に適した解析モデルとして，球面調和関数法を採用し，数値解析コードの開発を行う．この数値解析コードをモンテカルロ法と比較することによって妥当性を確認し，計算性能について検討する．