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粉体シミュレーションとデータサイエンスの融合による粉体混合メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 23KJ0594
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金
応募区分国内
審査区分 小区分27010:移動現象および単位操作関連
研究機関東京大学

研究代表者

SHI QI  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2023-04-25 – 2024-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2023年度)
配分額 *注記
1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
2024年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2023年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードpowder mixing / data-driven method / discrete element method
研究開始時の研究の概要

By combining data mining techniques with numerical studies, proper orthogonal decomposition (POD)-analysis of variance (ANOVA) is established and realizes the quantification of powder mixing mechanisms. POD-based reduced order modeling will conduct efficient parametrization of the particle systems.

研究実績の概要

This research project, conducted over the past year, has developed and applied advanced mathematical-analytical methods for a detailed analysis of powder mixing processes. The project successfully established a novel proper orthogonal decomposition (POD)-analysis of variance (ANOVA) framework, tailored for discrete element method (DEM) simulations in Lagrangian particle systems. This innovative approach was crucial in quantifying convection and diffusion in powder mixing processes, leading to a deeper understanding of the complex interactions within various mixing systems.
First, the POD-ANOVA method was rigorously tested and validated using a benchmark rolling drum system. This validation demonstrated the method's effectiveness in simpler systems. The approach was then extended to more complex industrial container blenders, showcasing its versatility and robustness in analyzing complex mixing mechanisms influenced by airflow. The later period focused on establishing a time-localized reduced order modeling (ROM) strategy, which was applied to a benchmark rolling drum system. This strategy led to efficient reconstruction of particle flows (particle positions and velocities) within the rolling mixer. This model significantly improved simulation accuracy while reducing computational costs and time, as compared to the conventional standard ROM approach. The findings and methodologies developed in this study have been published in high-quality international journals and presented at numerous prestigious conferences.

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2023

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Numerical study on the elucidation of powder mixing mechanism in a container blender2023

    • 著者名/発表者名
      Shi Qi、Sakai Mikio
    • 雑誌名

      Advanced Powder Technology

      巻: 34 号: 11 ページ: 104231-104231

    • DOI

      10.1016/j.apt.2023.104231

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Numerical study on the effect of airflow on powder mixing in a container blender2023

    • 著者名/発表者名
      Shi Qi、Sakai Mikio
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 35 号: 1 ページ: 013329-013329

    • DOI

      10.1063/5.0133547

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Quantifying the contributions of powder mixing mechanisms using a combined proper orthogonal decomposition and analysis of variance approach2023

    • 著者名/発表者名
      Shi Qi
    • 雑誌名

      Physics of Fluids

      巻: 35 号: 11 ページ: 113333-113333

    • DOI

      10.1063/5.0172784

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] CFD-DEM simulations on effect of airflow on powder mixing in an industrial container blender2023

    • 著者名/発表者名
      Shi Qi、Sakai Mikio
    • 学会等名
      化学工学会第88年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] POD-ANOVA-based Characterization of Powder Mixing Mechanism in a Tote Blender2023

    • 著者名/発表者名
      Shi Qi、Li Shuo、Sakai Mikio
    • 学会等名
      The 11th International Conference on Multiphase Flow
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Efficient model reduction for particle system in a rotary drum via local reduced-order bases2023

    • 著者名/発表者名
      Shi Qi、Li Shuo、Sakai Mikio
    • 学会等名
      The 20th Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2023-04-26   更新日: 2024-12-25  

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