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Numerical Investigation of Micro-Scale Mass Transfer in Stretched and Compressed Kelvin-Cell Packings for Shipboard Carbon Capture

船舶用炭素回収における伸長・圧縮ケルビンセル充填物の微視的物質移動の数値解析 (AI 翻訳)

Bohao Wu, N. Wu, Yongqi Li, Ying Bi, Daan Cui, Haoheng Liu, Chao Chang, Yulong Ji

Journal of Marine Science and Engineering📚 査読済 / ジャーナル2026-03-24#CCUSOrigin: Global
DOI: 10.3390/jmse14070595
原典: https://doi.org/10.3390/jmse14070595

🤖 gxceed AI 要約

日本語

本研究は、船舶用CCUSのための化学吸収塔内充填物として、軸方向に伸長・圧縮したケルビンセルにおける微視的な流動と物質移動をCFD解析した。伸長セルでは柱状流、圧縮セルでは安定した中空円筒液膜が形成され、セルサイズと空隙率の低減が物質移動効率を向上させることを示した。船舶用コンパクト充填物の設計指針を提供する。

English

This study uses CFD to investigate microscale flow and mass transfer in Kelvin cells for shipboard CCUS. Elongated cells induce columnar flow, while compressed cells promote stable hollow cylindrical liquid films, enhancing mass transfer. Reducing cell size and porosity improves efficiency. Findings guide compact packing design for shipboard carbon capture.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

日本の海運業界では、IMOの温室効果ガス削減目標に対応するため船舶用CCUS技術の開発が急務である。本研究は、限られた縦方向空間での吸収塔設計に資する充填物形状の最適化を示唆し、日本企業の省スペース型CCUS実装に貢献し得る。

In the global GX context

Shipboard carbon capture is critical for decarbonizing maritime transport, a sector under pressure from IMO targets. This study offers design principles for compact packings that fit within ships' limited vertical space, relevant to global CCUS deployment in hard-to-abate sectors.

👥 読者別の含意

🔬研究者:Provides CFD-based insight into how cell geometry alters gas–liquid mass transfer in structured packings, useful for further optimization.

🏢実務担当者:Offers design guidelines for compact column packings in shipboard CCUS, potentially improving capture efficiency in space-constrained installations.

📄 抄録（日本語訳）

船舶搭載CCUS設備において、化学吸収塔の統合は限られた鉛直方向の空間的制約を受け、そのため軸方向に延伸または圧縮されたKelvinセルを有する充填物が、コンパクトな配置と流動制御を支援するために動機づけられる。本研究は、計算流体力学を用いてKelvinセル内の微視的流動および物質移動特性を調査する。通常のKelvinセル（RKC）、鉛直方向に延伸したKelvinセル（VEKC）、および鉛直方向に圧縮したKelvinセル（VCKC）の比較により、軸方向の延伸と圧縮がCO2吸収時の内部流動分布と気液物質移動を変化させることが示される。液体分布は、RKCにおけるストラットに沿った液膜とノードでの局所的蓄積から、VEKCにおける連続的な柱状流へと遷移し、さらにVCKCにおける側方再分布によって促進される安定した中空円筒状液膜へと移行する。VCKCは安定かつ拡張された液膜を促進する一方、VEKCは柱状流を誘発する傾向がある。セルサイズと空隙率の低減は物質移動効率を向上させ、液負荷が物質移動フラックスを支配する。これらの知見は、船舶搭載炭素回収用途におけるプロセス強化のためのコンパクト充填物の設計および最適化に理論的指針を提供する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

📄 Abstract（原文）

For shipboard CCUS facilities, the integration of chemical absorption columns is constrained by a limited vertical envelope, which motivates packings with axially stretched or compressed Kelvin cells to support compact layout and flow control. This study employs computational fluid dynamics to investigate microscale flow and mass transfer characteristics in Kelvin cells. A comparison among the regular Kelvin cell (RKC), the vertically elongated Kelvin cell (VEKC), and the vertically compressed Kelvin cell (VCKC) indicates that axial stretching and compression modify internal flow distributions and gas–liquid mass transfer during CO2 absorption. The liquid distribution transitions from a film along the struts with localized accumulation at the nodes in RKC to a continuous columnar stream in VEKC, and then to a stable hollow cylindrical liquid film promoted by lateral redistribution in VCKC. VCKC promotes a stable and expanded liquid film, whereas VEKC tends to induce columnar flow. Reducing the cell size and porosity improves mass transfer efficiency, and the liquid load governs mass transfer flux. These findings provide theoretical guidance for the design and optimization of compact packings for process intensification in shipboard carbon-capture applications.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。