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一億個オーダの離散粒子反応シミュレーションのためのモデルアルゴリズムとコード開発

研究課題

研究課題/領域番号 13555205
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 化学工学一般
研究機関東京農工大学

研究代表者

堀尾 正靭  東京農工大学, 大学院・生物システム応用科学研究科, 教授 (40109301)

研究分担者 竹田 宏  (株)アールフロー, 代表取締役(研究職)
桑木 賢也  岡山理科大学, 工学部, 講師 (80302917)
野田 玲治  東京農工大学, 大学院・生物システム応用科学研究科, 助手 (70303708)
研究期間 (年度) 2001 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
13,900千円 (直接経費: 13,900千円)
2003年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2002年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2001年度: 9,600千円 (直接経費: 9,600千円)
キーワード粉体 / 流動層 / シミュレーション / 大容量 / 離散要素法 / 代表粒子 / 離散要素法(DEM) / 粒子間相互作用 / 代表粒子径モデル
研究概要

本研究は、様々な粉粒体工業プロセスにおいて、プラント規模の実用的なシミュレーションを行うことができるソフトウェア開発を目指したものである。それを達成すべくまず初めに、粉粒体プロセスでの様々なトラブル要素を容易に組み込み得る離散要素法(DEM)の最大の欠点である、粒子数に起因するコンピュータ負荷の問題に対して、大容量DEMシミュレーションのための新規モデルであるSimilar Particle Assembly (SPA) modelを導出した。具体的には、対象とする層の粒子に対して、粒子を直径、密度、化学組成などが同じものを1つのグループとして考え、それぞれのグループに関して、その直径のm倍の径を有する粒子系を考える。あるグループに属する粒子とそれに対応するm倍の粒子の周りの空間配位が同じになる相似則を目指す。これを達成するため、粒子の運動方程式で粒子の運動速度が2つの系で同じになるような関係を導いた。このモデルを用いた数値解析を行い、本モデルの妥当性を確認した。
次に、より現実な系への適用を考え、粒径分布を有する系に対する粒子-流体間相互作用力のモデル化を行った。このモデル化の検討は、上記のコンピュータ負荷の問題からこれまでほとんどなされていなかったためである。本研究では、これまで一般的に用いられていた、粒子が濃厚な場合のErgun式を用いた計算手法を修正し、まず、個々の粒子に働く力を求め、その後それが流体セル中の流体にどれだけの寄与があるかを計算する、抵抗係数C_Dを用いたWen-Yuタイプに拡張した。この修正・拡張された粒子-流体間相互作用力を用いて粒径分布を有する系の3次元計算を行った。その結果、粒径分布がない場合、粗大粒子の流動化の特徴であるスラッギングが観察されたのに対して、粒径分布を考慮した場合、その効果によって明確なウェーク相を持つ気泡が観察された。

報告書

(4件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (23件)

  • [文献書誌] Kenya Kuwagi, Hiroshi Takeda, Masayuki Horio: "Particle Assembly Scaling by the Representative Particle Model - A Novel Method for Giga-scale DEM Simulation"FLUID-PARTICLE INTERACTIONS VI (Barga, ITALY). (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 桑木賢也, 竹田 宏, 堀尾正靭: "大容量DEMシミュレーションのための新規モデル:代表粒子モデル"日本混相流学会年会講演会2002講演論文集. 115-116 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 桑木賢也, 竹田 宏, 堀尾正靭: "粒子配位相似則モデルによるギガスケールDEMシミュレーション"日本機械学会2002年度 年次大会. (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 桑木賢也, 竹田 宏, 堀尾正靭: "代表粒子モデルによる流動層のDEMシミュレーション"第8回流動層シンポジウム. 398-405 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 古川紀之, 野田玲治, 堀尾正靭, 他2名: "1個粒子の微視的力-変形特性の測定とその意味"粉体工学会夏期シンポジウム講演予稿集. (2003)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Nobuyuki Tagami, Masayuki Horio: "A Computational study of Fluidized Beds with Particle Size Distribution"Proc.2nd Asian Particle Technol.Symp.2003. 527-532 (2003)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kenya Kuwagi, Hiroshi Takeda, Masayuki Horio: "The Similar Particle Assembly (SPA) Model, an Approach to Large-Scale Discrete Element (DEM) Simulation"Fluidization XI. 243-250 (2004)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kenya Kuwagi, Hiroshi Takeda, Masayuki Horio: "Particle Assembly Scaling by the Representative Particle Model -A Novel Method for Giga-scale DEM Simulation"FLUID-PARTICLE INTERACTIONS VI (Barga, ITALY). (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kenya Kuwagi, Hiroshi Takeda, Masayuki Horio: "A Novel Method for Large-scale DEM Simulation: Representative Particle Model"Proc. of JSMF Annual Meeting. (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kenya Kuwagi, Hiroshi Takeda, Masayuki Horio: "Giga-scale DEM Simulation with Particle Assembly Scaling model"Proc. of JSMF Annual Meeting 2002. (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kenya Kuwagi, Hiroshi Takeda, Masayuki Horio: "Representative Particle Model -A Novel Method for Large-scale DEM Simulation"Proc. of the 8th SCEJ Symposium on Fluidization. 398-405 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 古川紀之, 野田玲治, 堀尾正靭, 他2名: "1個粒子の微視的力-変形特性の測定とその意味"粉体工学会夏期シンポジウム講演予稿集. (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Nobuyuki Tagami, Masayuki Horio: "A Computational study of Fluidized Beds with Particle Size Distribution"Proc. 2nd Asian Particle Technol. Symp. 2003. 527-532 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kenya Kuwagi, Hiroshi Takeda, Masayuki Horio: "The Similar Particle Assembly (SPA) Model, an Approach to Large-Scale Discrete Element (DEM) Simulation"Fluidization. XI. 243-250 (2004)

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    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 古川紀之, 野田玲治, 堀尾正靭, 他2名: "1個粒子の微視的力-変形特性の測定とその意味"粉体工学会夏期シンポジウム講演予稿集. 6-9 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Nobuyuki Tagami, Masayuki Horio: "A Computational study of Fluidized Beds with Particle Size Distribution"Proc.2^<nd> Asian Particle Technol.Symp.2003. Vol.2. 527-531 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Kenya Kuwagi, Hiroshi Takeda, Masayuki Horio: "The Similar Particle Assembly Model, an Approach to Giga-Scale DEM Simulation"Fluiization XI. 1-6 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Kenya Kuwagi, Hiroshi Takeda, Masayuki Horio: "Particle Assembly Scaling by the Representative Particle Model -A Novel Method for Giga-scale DEM Simulation"FLUID-PARTICLE INTERACTIONS VI(Barga, ITALY)(学会発表). (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Masayuki HORIO, Reiji NODA, Hiroshi TAKEDA: "Effect of Lubrication Force on Particle Behavior in Fluidized Bed"International Cong.Particle Technol.IV(Sydney, Australia)(学会発表). 425 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 野田玲治, 堀尾正靭, 栄 徳剛, 竹田 宏: "DEMシミュレーションにおける流体潤滑力の取り扱い"第8回流動層シンポジウム講演会で発表. 386 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 桑木賢也, 竹田宏, 堀尾正靭: "代表粒子モデルによる流動層のDEMシミュレーション"第8回流動層シンポジウム講演会で発表. 398 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Masayuki Horio, Noriyuki Furukawa, Hidehiro Kamiya, Yasunobu Kaneko: "Measurement of Stress-Deformation Characteristics for a Polypropylene Particle of Fluidized Bed Polymerization for DEM Simulation"Polymer Reaction Engineering. 11・2. 203-216 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Masayuki Horio, Noriyuki Furukawa, Hidehiro Kamiya, Yasunobu Kaneko: "Measurement of Stress-Deformation Characteristics for a Polypropylene Particle of Fluidized Bed Polymerization for DEM simulation"2nd European Conference on the Reaction Engineering of Polyolefing(学会発表). 84-86 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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