New frontiers in discontinuum mechanics model: coarse-grained DEM for powder systems

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K19760
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 60:Information science, computer engineering, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Sakai Mikio 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00391342)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 粗視化 / DEM / 離散要素法 / 固気液三相流 / 気液二相流 / 転がり抵抗 / 非弾性衝突

Outline of Final Research Achievements

The current coarse-grained DEM has a limited range of applications and cannot be used for extremely complex systems such as gas-solid-liquid three-phase flows. Additionally, the existing coarse-grained DEMs do not account for rolling resistance or inelastic collisions. Therefore, this study aims to extend the application of the coarse-grained DEM to complex industrial systems. Furthermore, rolling resistance and inelastic collisions are incorporated into the coarse-grained DEM. Verification and Validation (V&V) are conducted in powder mixing and fluidized beds to ensure the reproducibility of macro phenomena in powders and the universality of the model.

Free Research Field

計算科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、既存のDEM粗視化モデルの応用範囲を複雑な産業体系に広げた。気液界面を精緻に模擬するモデル化を施し、固相については粗視化を行い、大規模固気液三相流の数値シミュレーションを実現した。さらに、転がり抵抗および非弾性衝突に関するDEM粗視化モデルを開発した。本研究の成果は、単なる不連続体のモデリングにとどまらず、幅広い工学分野の製品開発において役立てられると考えられる。従って、本研究は、不連続体の力学という学問分野を大きく前進させるばかりでなく、粉体の挙動を科学的・工学的に理解する研究対象の範囲を大幅に拡大させることもできたと結論づけられる。