粉粒体マイクロダイナミクスに基づく計算機シミュレーションとその検証

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06402034
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 辻 裕 大阪大学, 工学部, 教授 (10029233)
• 研究分担者: 川口 寿裕 大阪大学, 工学部, 助手 (80234045) ; 田中 敏嗣 大阪大学, 工学部, 助手 (90171777) ; 吉岡 宗之 大阪大学, 工学部, 助教授 (10029267)
• キーワード: 混相流 / 粉粒体 / 粒子流 / 離散要素法 / マイクロダイナミクス / 計算機シミュレーション / 可視化

研究概要

粉粒体実験で広く行なわれている相似法則の追求を数値実験で行った。運動の場としては移動周期境界に囲まれる単純せん断流れを選んだ。粒子としては前年度から開発してきた複数の粒子をつなぎ合わせて作成される非球形粒子を用いた。粒子流においてはせん断応力は一般に対流モードろ接触モードに分離されるが、それぞれについて粒子形状の影響を調べた。先ず対流モードは平均自由行程で整理することで、そして接触モードは固体体積率で整理すれば粒子形状によらない関係が得られることを明らかにした。本研究の目的である粒子モデルの精密化の一貫として静電気の影響についても新しいモデルを考案し計算写機内のトナー粒子とキャリヤ-粒子を対象に計算を行った。
以上の研究と並行し流動層についても研究を行った。その1つは粒子分散系の流動層で、通常高速流動層と呼ばれる流動層を対象に計算を行い、粒子クラスターが粒子間衝突の繰り返しで生じることを明らかにし、さらに粒径や濃度の影響を調べた。また濃厚な流動層に関しては3次元計算について新しい試みを行った。容易に想像できるように3次元計算はきわめて大きな計算負荷を伴う。現実的な手法として本研究では粒子については厳密に3次元的に扱うが、流体については軸対象性を仮定する方法を試みた。軸対象容器における流動層に対してはこの手法がきわめて有効であるが明らかになった。
また高速ビデオおよび画像解析装置を用いて回転容器内の粒子運動や流動層の粒子運動の計測を行い、計算結果と比較した。種々の場合の比較によってモデルの欠陥が明らかになった。欠陥を解決するために考案された非球形モデルのように、検証実験は数値解析で用いるモデルの精密化にきわめて有効であった。

研究成果

• [文献書誌] 米村茂: "固気二相流中のクラスター形成の数値シミュレーション(クラスター構造への粒径及び粒子濃度の影響)" 日本機械学会論文集. 61-590. 3671-3678 (1995)
• [文献書誌] 山根賢治: "コーティングドラム内錠剤運動の計算機シミュレーション" PHARM TECH JAPAN. 11-4. 453-461 (1995)
• [文献書誌] Yamane,K.: "DEM and MRI Studies of Particulate Flows in a Rotating Cylinder" ASME. FED-Vol.209. 225-228 (1995)
• [文献書誌] 佐藤正浩: "離散要素法による粒子群の単純せん断流れの数値解析" 混相流シンポジウム'95. 25-28 (1995)
• [文献書誌] 六車嘉貢: "固定翼付き容器回転型混合機のシミュレーション" 粉体工学会春季研究発表会. 192-194 (1995)
• [文献書誌] 川口寿裕: "離散的手法による流動層の数値シミュレーション(2次元計算と3次元計算の比較)" 日本機械学会第72期通常総会講演会. 145-146 (1995)
• [文献書誌] 坂本昌穂: "軸対称固気流動現象に対する準3次元的数値シミュレーション" 混相流シンポジウム'95. 164-167 (1995)
• [文献書誌] 井上義之: "DEMによる転動ボールミル内の媒体運動の解析(2次元と3次元の比較)" 日本機械学会第73期通常総会講演会. (発表予定). (1996)
• [文献書誌] 山下倫弘: "離散要素法による粒子間接触帯電の数値シミュレーション(帯電モデルの検討)" 第71期定時総会講演会. (発表予定). (1996)