| 研究課題/領域番号 |
13555205
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 展開研究 |
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| 研究分野 |
化学工学一般
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
堀尾 正靭 東京農工大学, 大学院・生物システム応用科学研究科, 教授 (40109301)
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| 研究分担者 |
竹田 宏 (株)アールフロー, 代表取締役(研究職)
桑木 賢也 岡山理科大学, 工学部, 講師 (80302917)
野田 玲治 東京農工大学, 大学院・生物システム応用科学研究科, 助手 (70303708)
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2003
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| キーワード | 粉体 / 流動層 / シミュレーション / 大容量 / 離散要素法 / 代表粒子 |
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| 研究概要 |
本研究は、様々な粉粒体工業プロセスにおいて、プラント規模の実用的なシミュレーションを行うことができるソフトウェア開発を目指したものである。それを達成すべくまず初めに、粉粒体プロセスでの様々なトラブル要素を容易に組み込み得る離散要素法(DEM)の最大の欠点である、粒子数に起因するコンピュータ負荷の問題に対して、大容量DEMシミュレーションのための新規モデルであるSimilar Particle Assembly (SPA) modelを導出した。具体的には、対象とする層の粒子に対して、粒子を直径、密度、化学組成などが同じものを1つのグループとして考え、それぞれのグループに関して、その直径のm倍の径を有する粒子系を考える。あるグループに属する粒子とそれに対応するm倍の粒子の周りの空間配位が同じになる相似則を目指す。これを達成するため、粒子の運動方程式で粒子の運動速度が2つの系で同じになるような関係を導いた。このモデルを用いた数値解析を行い、本モデルの妥当性を確認した。
次に、より現実な系への適用を考え、粒径分布を有する系に対する粒子-流体間相互作用力のモデル化を行った。このモデル化の検討は、上記のコンピュータ負荷の問題からこれまでほとんどなされていなかったためである。本研究では、これまで一般的に用いられていた、粒子が濃厚な場合のErgun式を用いた計算手法を修正し、まず、個々の粒子に働く力を求め、その後それが流体セル中の流体にどれだけの寄与があるかを計算する、抵抗係数C_Dを用いたWen-Yuタイプに拡張した。この修正・拡張された粒子-流体間相互作用力を用いて粒径分布を有する系の3次元計算を行った。その結果、粒径分布がない場合、粗大粒子の流動化の特徴であるスラッギングが観察されたのに対して、粒径分布を考慮した場合、その効果によって明確なウェーク相を持つ気泡が観察された。
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