ＭＰＳ法と連続体モデルの連成による不均一系充填層内気－液流解析モデルの構築

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13J07763
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 昆 竜矢 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 数値解析 / 製銑プロセス / 充填層液流れ / MPS-CFDカップリング

研究実績の概要

本研究では、Moving Particle Semi-implicit (MPS) 法と連続体モデルの連成による不均一系気-液流解析モデルの構築を目指す。本年度の研究ではモデルの精度康応をめざし、充填層内での計算に取り組んだ。ガス流れが液流れに加える外力のモデル化を行い、解析モデルに導入する。解析精度の検証のため、単純な系での実験との比較を行い、気-液流の定性的な表現が可能なモデルの構築を目指す。本年度では、MPS法とSMAC (Simplified Marker And Cell) 法の連成による気液流解析モデルの構築を行い、三次元構造をもつ充填像においての気液流解析を行なった。本モデルでは、液相の運動については粒子法の一種であるMPS法を用い、気相の運動については格子法の一種であるSMAC法を用いる。気液間の相互作用は、気相から液相については粘度と圧力による外力の導入により、液相から気相への影響は液相からの外力と、体積力型埋め込み境界法により計算を行う。また固相については、それぞれの手法に境界条件の設定による、固相から液相もしくは固相から気相への一方向の影響のみ解析が可能である。
MPS-SMACモデルを用いて、気液向流の条件で解析を行なった。充填層での気液向流条件での数値計算を行い、液の流動に伴う気相の圧力変化や気相から受ける抗力による液体の変形が確認された。局所的な液の変形は、液の落下に伴うガスの流れと下部から流入したガスの集中により発生したと考えられる。本モデルは、不均一な粒子配列の充填層内における液界面の変形を伴う気液流動解析が可能である。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Analysis of effect of packed bed structure on liquid flow in packed bed using moving particle semi-implicit method (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kon, Shungo Natsui, Shigeru Ueda and Hiroshi Nogami
  • 雑誌名: ISIJ-International 巻: Vol. 55, No.6 ページ: 1284-1290
  • DOI: http://doi.org/10.2355/isijinternational.55.1284
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reduction behavior of the packed bed of sinter reduced by CO-CO2-H2-H2O-N2 gas (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kon, Ryo Saito, Shigeru Ueda, Ryo Inoue and Tatsuro Ariyama
  • 雑誌名: ISIJ-International 巻: Vol. 55, No.6 ページ: 1213-1222
  • DOI: http://doi.org/10.2355/isijinternational.55.1213
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Droplet motion on non-smooth solid surface (2015)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Ueda, Tatsuya Kon, Shin Kikuchi, Shungo Natsui and Hirshi Nogami
  • 雑誌名: ISIJ-International 巻: Vol. 55, No.6 ページ: 1277-1283
  • DOI: http://doi.org/10.2355/isijinternational.55.1277
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Influence of shape of cohesive zone on gas flow and permeability in the blast furnace analyzed by DEM-CFD model (2015)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Ueda, Tatsuya Kon, Hiroyuki Kurosawa, Shungo Natsui, Tatsuro Ariyama and Hiroshi Nogami
  • 雑誌名: ISIJ-International 巻: Vol. 55, No.6 ページ: 1232-1236
  • DOI: http://doi.org/10.2355/isijinternational.55.1232
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of powder motion in packed bed using discrete element method. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shin Kikuchi, Tatsuya Kon, Shigeru Ueda, Shungo Natsui, and Ryo Inoue
  • 雑誌名: ISIJ-International 巻: Vol. 55, No.6 ページ: 1313-1320
  • DOI: http://doi.org/10.2355/isijinternational.55.1313
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Characterization of Liquid Trickle Flow in Poor Wetting Packed bed (2015)
  • 著者名/発表者名: Shungo Natsui, Tatsuya Kikuchi, Ryosuke O. Suzuki, Tatsuya Kon, Shigeru Ueda and Hiroshi Nogami
  • 雑誌名: ISIJ-International 巻: Vol. 55, No.6 ページ: 1259-1266
  • DOI: http://doi.org/10.2355/isijinternational.55.1259
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of Technique for Flow Analysis in Cohesive Zone of Blast Furnace (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kon, Shungo Natsui, Shigeru Ueda, Nobuhiro Maruoka and Hiroshi Nogami:
  • 雑誌名: Asia steel International Conference 2015 巻: Vol.1 ページ: 302
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Technique for Flow Analysis in Cohesive Zone of Blast Furnace (2015)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Ueda, Tatsuya Kon, Shungo Natsui, Hiroshi Nogami and Shin-ya Kitamura
  • 雑誌名: Asia steel International Conference 2015 巻: Vol.1 ページ: 166
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-Phase Flow Simulation in Blast Furnace by MPS–SMAC Coupling Model (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kon, Shigeru Ueda, Nobuhiro Maruoka and Hiroshi Nogami
  • 雑誌名: AISTech2015 巻: Vol.1 ページ: 1550
  • 査読あり
• [雑誌論文] Liquid and Powder Motions in Packed bed of Blast Furnace. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Ueda, Tatsuya Kon, Shungo Natsui, Sohei Sukenaga, Hiroshi Nogami and Shin-ya Kitamura
  • 雑誌名: IUMRS-ICAM2015 巻: Vol.1 ページ: V-2We4D2-2
  • 査読あり
• [学会発表] Multi-Phase Flow Simulation in Blast Furnace by MPS-SMAC Model (2016)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kon, Nobuhiro Maruoka and Hiroshi Nogami
  • 学会等名: TMS2016
  • 発表場所: Nashville, USA
  • 年月日: 2016-02-14 – 2016-02-18
  • 国際学会
• [学会発表] Liquid and Powder Motions in Packed bed of Blast Furnace. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Ueda, Tatsuya Kon, Shungo Natsui, Sohei Sukenaga, Hiroshi Nogami and Shin-ya Kitamura
  • 学会等名: IUMRS-ICAM2015
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2015-10-25 – 2015-10-29
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Technique for Flow Analysis in Cohesive Zone of Blast Furnace (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kon, Shungo Natsui, Shigeru Ueda, Nobuhiro Maruoka and Hiroshi Nogami:
  • 学会等名: Asia steel International Conference 2015
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2015-10-05 – 2015-10-08
  • 国際学会
• [学会発表] Improvement of gas permeability of the dripping zone in blast furnace (2015)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Ueda, Tatsuya Kon, Shungo Natsui, Hiroshi Nogami and Shin-ya Kitamura
  • 学会等名: Asia steel International Conference 2015
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2015-10-05 – 2015-10-08
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-Phase Flow Simulation in Blast Furnace by MPS–SMAC Coupling Model (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kon, Shigeru Ueda, Nobuhiro Maruoka and Hiroshi Nogami
  • 学会等名: AISTech2015
  • 発表場所: Cleveland, USA
  • 年月日: 2015-05-04 – 2015-05-07
  • 国際学会