| 研究課題/領域番号 |
17K06881
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
金属・資源生産工学
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
伊藤 公久 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10159866)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2019年度)
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| 配分額 *注記 |
3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2019年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2017年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 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 / 混相流 / 数値流体力学 / SPH / 気泡 / 伝熱 / 熱分解 / 金属生産工学 / 流体工学 / 反応・分離工学 / 熱工学 |
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| 研究成果の概要 |
SPH法を用いた熱流体解析シミュレータの開発を行い，以下の成果を挙げた。1)非ニュートン流体の解析プログラムを開発し，溶融スラグの顕熱回収プロセスのシミュレーションを行い，実機と良い一致を見た。2) XSPH法を導入した気液混相流のシミュレーションプログラムを完成させ，水中を上昇する気泡形状の予測および浴表面への高速ガスジェット吹付シミュレーションを実施するとともに，実験による検証を行った。さらに伝熱や膨張を考慮したモデルを作成した。3) 粒子打ち込みプログラムに伝熱及び化学反応を連成させることで，溶融鉄浴中に打ち込まれた部分焙焼された炭酸カルシウムの熱分解シミュレーションを行った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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