| 研究課題/領域番号 |
21K19760
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分60:情報科学、情報工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | 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 / Discrete Element Method / Coarse-grained DEM / 固体-流体連成問題 / スケーリング則モデル / Parcel / デジタルツイン / Refined Grid Model / 粉体 / スケーリング則 / 数値流体力学 / 不連続体 / データサイエンス / 粒子法 / 粉体工学 / 符号付距離関数 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
不連続体である粉体の数値シミュレーションには、ラグランジュ的手法のDEMが広く使われている。DEMでは、最新の計算機を使用してもスプーン数杯分の粉砂糖に含まれる粒子数しか計算を実行することができなかった。この問題を解決するために、研究代表者によってスケーリング則モデルのDEM粗視化モデルが開発された。本研究では、粉体シミュレーションの応用範囲を広げるために、粒子の表面状態および非球形粒子を対象としたDEM粗視化モデルを新たに開発する。本研究成果は、粉体シミュレーションの研究対象を大幅に拡大させられるため、既存の粉体が係わる学術体系・方向を大きく変革させることが期待できる。
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| 研究成果の概要 |
現在のDEM粗視化モデルでは、応用範囲が限定されていた。すなわち、固気液三相流のような極めて複雑な体系に応用することができなかった。また、既存のDEM粗視化モデルには、転がり抵抗や非弾性衝突に関するモデル化がなされていなかった。そこで、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るとともに、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する。食品プラントの粉体混合、流動層などの体系においてVerification & Validation（V&V）を行い、粉体のマクロ現象の再現性を追求するとともに、モデルの普遍性を追求する。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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