Development of the multi-phase thermal fluid simulator for the analysis of high temperature processes.

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K06881
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Metal making/Resorce production engineering
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: Ito Kimihisa 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10159866)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 粒子法 / シミュレータ / 熱流体 / 溶融金属 / スラグ / 化学反応 / 非ニュートン流体

Outline of Final Research Achievements

The numerical simulator for the analysis of thermo-fluid in metallurgical processes was developed. The obtained results are as follows: 1) CFD program for non-Newtonian fluids was developed and applied to analyze the heat recovery process of steelmaking slags. 2) The gas-liquid two-phase flow simulator using XSPH method for the prediction of rising bubbles and the gas jets impinging onto the molten metal bath. Additionally, the heat transfer and expansion effects were considered. 3) The heat transfer equations and chemical reaction rates were coupled the developed simulator, which was applied to the simulation of the thermal decomposition of partially calcined CaCO3 particles driven into a molten metal bath.

Free Research Field

金属生産工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

一般に数値流体力学では、与えられた境界条件の中での流れ場の再現を指向するが、本研究では、自由界面の変形を追跡することによる反応界面積の定量的評価を直接の目的としたCFD計算を指向している。本研究の成果により、高価で時間のかかる高温での実験を補完して、計算機上で様々な実験を行うことができるようになる。その結果、高温系における複雑な現象の理解が進み、プロセス開発の障壁が大きく取り除かれることとなり、革新的な新高温反応プロセスの開発が大いに期待される。さらに非ニュートン流体の計算法の確立は、レオキャスティング、高分子の成型、生体内の流れなどにおいても必要な情報であり、大きな波及効果が期待される。