2023 Fiscal Year Annual Research Report
New frontiers in discontinuum mechanics model: coarse-grained DEM for powder systems
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21K19760
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
酒井 幹夫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00391342)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | 離散要素法 / 粗視化 / Discrete Element Method / Coarse-grained DEM / 固体-流体連成問題 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
工業製品の多くは、原料、中間体、または最終製品のいずれかにおいて粉体として取り扱われる。不連続体である粉体の数値シミュレーションは、その支配方程式が確立していないため、個々の固体粒子の挙動をラグランジュ的手法により模擬するDiscrete Element Method(DEM)が使用されている。DEMシミュレーションにおける計算粒子数は、最新の計算機(1台)であっても数百万個程度(スプーン数杯分の粉砂糖の粒子数)であり、計算粒子数が実質的に制限されている。このような計算粒子数の制限に関する問題を解決するために、研究代表者はDEM粗視化モデルを開発した。本研究では、DEM粗視化モデルの応用範囲を広げるための研究に取り組む。本年度は、接触力のエネルギー消散の改良に関するDEM粗視化モデルの開発および妥当性確認に取り組んだ。固気二相流体系の循環流動層において妥当性確認を行った。なお、数値シミュレーションおよび実験は公平な条件で実施した。本DEM粗視化モデルが、実際の粉体のマクロ挙動や流体の挙動を模擬できることを示すとともに、本DEM粗視化モデルがスカラフィールドベースの壁境界モデルにも問題なく適用できることを示した。また、固気液三相流体系におけるDEM粗視化モデルの応用研究にも取り組んだ。液中において気泡上昇の影響を受けた固体粒子の挙動について、DEM粗視化モデルによりオリジナル粒子の体系を模擬できることを示した。以上のように、DEM粗視化モデルについて、要素モデルの開発、妥当性確認手法の開発および応用研究に取り組んた。
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