高濃度固気二相流中の流動現象に対する相似則モデルの開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12750140
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 川口 寿裕 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80234045)
• Keywords: 混相流 / 固気二相流 / 流動層 / 数値シミュレーション / 離散要素法 / Geldartの流動様式分類

Research Abstract

離散要素法(DEM)による流動層内流動解析がかなり行われるようになり,実際の流動をよく再現できることが示されている.しかし,この手法では個々の粒子運動を計算するため,計算機能力の制約から,Geldartの流動様式分類でA粒子やC粒子に分類されるような小さな粒子に対しては適用が困難である.そこで本課題ではDEMによる流動解析が小さな粒子の流動予測にも適用できるのかを調べ,さらに相似則モデルを開発することにより,大きな粒子を用いた計算で小さな粒子の流動を予測することを最終目的としている.
本年度はまず,A粒子からなる非常に小規模な2次元流動層に対して,DEMによる数値シミュレーションを行った.A粒子の流動様式の最大の特徴は,粒子層が一様に膨張する均一流動化状態が存在することであるが,本研究室現有の既存の計算コードでもA粒子に対して均一流動化状態が再現されることを確認した.しかし比較のために実験を行ったところ,圧力損失特性において計算と実験との間で定量的な差異が見られた.この差異の原因として,潤滑効果や付着力の影響を考えた.そこで既存の計算コードで考慮している重力,接触力,流体抵抗力に加えて,潤滑効果や付着力も考慮できるように計算コードを改良した.その結果,付着力の影響を考慮した場合に計算と実験の圧力損失特性は定量的に一致した.ただ,付着力と潤滑効果の両方を考慮した場合には計算が不安定になるというモデルの問題点も明らかになっており,モデルの改良が必要である.
また,付着性の強い微小粒子を流動化させる脈動流動層と呼ばれる装置に対してDEMによる数値シミュレーションを行った.ただし,気流への脈動付加が粒子流動に及ぼす影響のみを調べるため,付着力などは考慮していない.その結果,適当な周波数で気流に脈動を加えた場合,粒子の対流が大きく促進されることが分かった.

Research Products

• [Publications] 三好淳之: "気流への脈動付加が及ぼす流動層内粒子循環特性への影響(離散要素法による数値シミュレーション)"日本混相流学会年会講演会(第1回)講演論文集. 77-78 (2000)
• [Publications] 川口寿裕: "DEMによる2次元脈動流動層内粒子流動解析"日本流体力学会年会2000講演論文集. 359-360 (2000)
• [Publications] Atsushi Miyoshi: "Numerical Analysis of Effects of Pulsating Gas on Flows in Gas-Solid Fluidized Bed"AIChE Annual Meeting (Fourth International Particle Technology Forum). CD-ROM. (2000)
• [Publications] 向井哲一郎: "A粒子の流動層内流動挙動のDEM解析"日本機会学会関西支部第76期定時総会講演会講演論文集. (発表予定). (2000)