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シビアアクシデント解析のためのマルチフィジックスシミュレーション手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18J12267
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 原子力学
研究機関東京大学

研究代表者

高畑 和弥  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2019年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード固気混相流 / 数値解析手法 / 数値シミュレーション
研究実績の概要

本研究では、以下の3つの項目について取り組んだ。まず1つ目として、液架橋を有する湿潤粉体流れの計算を行った。検証の体系には、湿潤粉体をペースト状に混練する3本ロールミルを採用した。2本のロール間を通過する湿潤粉体の挙動をシミュレーションで解析したところ、実際の体系と同じように、ロールに速度差がある場合には必ず高速のロール側に付着する様子が見られ、3本ロールミルにおける湿潤粉体の付着メカニズムを解明することに成功した。
2つ目として、密度スケーリング手法を用いた固気混相流シミュレーションを行った。先行研究において、既存の埋込境界法を用いると壁面内部を不自然に貫通する流れが生じてしまうことが報告されている。この問題を解決するため、スケーリングされた密度を用いる密度スケーリング手法が開発された。本研究では、密度スケーリング手法の有無で噴流層体系の計算結果の比較を行い、固気混相流体系における有効性を評価した。計算領域内部に粉体の入ったコンテナを設置し、コンテナよりも下部から空気を流入させたところ、密度スケーリング手法を用いない場合、コンテナ内部の粒子が不自然に舞い上がる様子が見られた。他方、密度スケーリング手法を用いることで、壁面を貫通する流れを抑制できており、粉体が浮き上がることなく計算できることが示された。
3つ目として、薄板を有する固気混相流の計算を行った。既存の手法では、壁面の体積分率の計算に流体の計算格子を用いているため、薄板を有する体系を計算することが困難であった。そこで本研究では、空隙率の計算と流体の計算を異なるサイズの格子で行う新しい離散化手法を開発した。検証体系として、薄いスリットを有する流動層を採用した。流動化に伴う気泡の上昇や粒子配置は開発手法と実験でよく一致していたが、既存手法では一部の流路でしか流動化が起こらないなど、実験の現象を模擬できなかった。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 4件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Recent Progress on Mesh-free Particle Methods for Simulations of Multi-phase Flows: A Review2020

    • 著者名/発表者名
      Sakai Mikio、Mori Yuki、Sun Xiaosong、Takabatake Kazuya
    • 雑誌名

      KONA Powder and Particle Journal

      巻: 37 号: 0 ページ: 132-144

    • DOI

      10.14356/kona.2020017

    • NAID

      130007803893

    • ISSN
      0288-4534, 2187-5537
    • 年月日
      2020-01-10
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Flexible discretization technique for DEM-CFD simulations including thin walls2020

    • 著者名/発表者名
      Takabatake Kazuya、Sakai Mikio
    • 雑誌名

      Advanced Powder Technology

      巻: in press 号: 5 ページ: 1825-1837

    • DOI

      10.1016/j.apt.2020.02.017

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coarse-grained DEM study of solids sedimentation in water2020

    • 著者名/発表者名
      Xie Zhouzun、Shen Yansong、Takabatake Kazuya、Yamaguchi Akira、Sakai Mikio
    • 雑誌名

      Powder Technology

      巻: 361 ページ: 21-32

    • DOI

      10.1016/j.powtec.2019.11.034

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Why do wet-particles adhere to a high-speed roll in a three-roll mill?2019

    • 著者名/発表者名
      Sakai Mikio、Takabatake Kazuya、Tamura Kotaro、Hatano Kazuhiro、Minakuchi Akio
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 31 号: 3 ページ: 033302-033302

    • DOI

      10.1063/1.5085693

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical simulation of free surface fluid flows through porous media by using the explicit MPS method2019

    • 著者名/発表者名
      X. Sun, M. Sun, K. Takabatake, C.C. Pain, M. Sakai
    • 雑誌名

      Transport in Porous Media

      巻: 127 ページ: 7-33

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Numerical investigation of a coarse-grain discrete element method in solid mixing in a spouted bed2018

    • 著者名/発表者名
      Takabatake Kazuya、Mori Yuki、Khinast Johannes G.、Sakai Mikio
    • 雑誌名

      Chemical Engineering Journal

      巻: 346 ページ: 416-426

    • DOI

      10.1016/j.cej.2018.04.015

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Numerical investigation on the influence of air flow in a die filling process2018

    • 著者名/発表者名
      H. Yao, Y. Mori, K. Takabatake, X. Sun, M. Sakai
    • 雑誌名

      J. Taiwan Inst. Chem. Eng.

      巻: 印刷中 ページ: 9-17

    • DOI

      10.1016/j.jtice.2017.11.031

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Simulation of Free Surface Fluid Flows Through Porous Media by Using the Explicit MPS Method2018

    • 著者名/発表者名
      Sun Xiaosong、Sun Maodong、Takabatake Kazuya、Pain Christopher C.、Sakai Mikio
    • 雑誌名

      Transport in Porous Media

      巻: 127 号: 1 ページ: 7-33

    • DOI

      10.1007/s11242-018-1178-z

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 挟間隙流路における固体‐流体連成シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      髙畑和弥、酒井幹夫
    • 学会等名
      化学工学会2019年春季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Development of a Refined Grid Model for an Industrial Gas-Solid Flow System2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Takabatake, Mikio Sakai
    • 学会等名
      Fluidization XVI
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 薄板を有する固気混相流体系のモデリングと妥当性検証2019

    • 著者名/発表者名
      髙畑和弥、酒井幹夫
    • 学会等名
      粉体工学会春期研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Investigation of the necessity of bottom punch movement in a rotary die-filing system2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Takabatake, Mikio Sakai
    • 学会等名
      APPChE 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Modeling on Gas-Solid Two-Phase Flow Including Thin Plates2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Takabatake, Mikio Sakai
    • 学会等名
      2019 AIChE Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] FELMによる薄板を有する流動層の数値シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      髙畑和弥、酒井幹夫
    • 学会等名
      第25回流動化・粒子プロセッシングシンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 挟間隙流路における固体ー流体連成シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      高畑和弥、酒井幹夫
    • 学会等名
      化学工学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] DEM-CFD法における挟間隙流路内固気混相流のための改良格子モデル2018

    • 著者名/発表者名
      高畑和弥、酒井幹夫
    • 学会等名
      粉体工学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Coarse graining DEM for a non-spherical particle system2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Takabatake, Mikio Sakai
    • 学会等名
      13th World Congress on Computational Mechanics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ロールミルにおける湿潤粉体のDEMシミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      高畑和弥、酒井幹夫
    • 学会等名
      化学工学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Study on a Solid-Fluid Multihase Flow in a Narrow Gap Channel in a Fluidized Bed System2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Takabatake, Mikio Sakai
    • 学会等名
      American Institute of Chemical Engineering
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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