Development of DEM scaled-up particle model for solid-state and fluid-state particulate flows

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K11850
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60100:Computational science-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Washino Kimiaki 大阪大学, 大学院工学研究科, 講師 (10726384)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 粗視化モデル / 離散要素法（DEM） / 計算高速化 / 非球形粒子 / 多分散系

Outline of Final Research Achievements

In this work, a scaled-up particle model for Discrete Element Method (DEM), which is sometimes referred to as the coarse grain model, is developed to simulate a particulate flow in an industrial scale process. The model is based on the continuum assumption of an arbitrary flow and can be used to simulate particles in both solid-like and fluid-like states. A scaling law for particle torques is also derived from the same concept. In addition, it is proven that the same theory can be directly reapplied to non-spherical and poly-dispersed particles. Many simulations are performed to discuss the validity of the scaled-up particle model developed.

Free Research Field

粉体工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

今日の産業で使用されている工業原料の3/4以上は粉粒体であり，工業製品の50%以上は粉粒体，もしくは製造過程で粉粒体を経由している．粉粒体挙動を数値シミュレーションにより理解することは工業的に利用価値が高いだけでなく，物理的にも非常に興味深いものである．本研究で開発された粗視化モデルにより，実工業プロセスで利用されている粉粒体の挙動を，現実的な計算時間で精度良くシミュレーションすることが可能となった．これらのシミュレーションを行うことで，多くの工業プロセスの最適化や品質向上，問題点の改善などが期待され，社会的意義は非常に大きいと言える．