離散要素法と直接数値計算法を用いる粒子群干渉沈降挙動のハイブリッドシミュレーション Hybrid Simulation of Hindered Settling Behavior of Particles Using Discrete Element Method and Direct Numerical Simulation

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著者

    • 西浦 泰介 NISHIURA Daisuke
    • 同志社大学工学部 物質化学工学科 Department of Chemical Engineering and Materials Science, Faculty of Engineering, Doshisha University
    • 下坂 厚子 SHIMOSAKA Atsuko
    • 同志社大学工学部 物質化学工学科 Department of Chemical Engineering and Materials Science, Faculty of Engineering, Doshisha University
    • 日高 重助 HIDAKA Jusuke
    • 同志社大学工学部 物質化学工学科 Department of Chemical Engineering and Materials Science, Faculty of Engineering, Doshisha University

抄録

流体流れを計算する直接数値計算法と粒子挙動を計算する離散要素法を連成した大規模シミュレーションを行い,粒子群干渉沈降挙動に及ぼす粒子濃度と粒子径分布の影響を検討した.大規模シミュレーションは地球シミュレータを用いて行い,最大で10万個の粒子数から成る粒子径分布を有する多粒子群を扱うことが可能である.まず,シミュレーションモデルの信頼性を確認するために均一粒径粒子群の干渉沈降現象についてシミュレーションを行った.粒子濃度の増加にともない粒子の沈降により誘起される上昇流の速度が増加して流体抵抗力が大きくなるために粒子沈降速度は減少した.シミュレーションで得られた粒子濃度と粒子沈降速度の関係は実験結果ともよく一致した.<br>次に,二成分粒径粒子群の干渉沈降現象について粒子沈降速度に及ぼす二成分の粒径比と体積割合の影響をシミュレーションにより検討した.大粒子の体積割合および粒径比が増加するにつれて上昇流体の速度が増加するために二成分ともに粒子沈降速度は減少した.また,層流域では流体抵抗力に比べて粒子間接触力はきわめて小さいために干渉沈降現象に及ぼす粒子間衝突の影響は無視しうることが明らかになった.

The influences of particle concentration and particle size distribution on particle behavior in hindered settling were investigated by a large-scale hybrid simulation involving a discrete element method for settling particles coupled with direct numerical simulation for fluid flow. The large-scale simulation is able to accept 100,000 particles with particle size distribution by using Earth Simulator. First, the simulation was carried out for the hindered settling of uniform size particles to confirm the reliability of proposed simulation method. The hindered settling velocity of particles decreased with increasing particle concentration, because of the increased drag force resulting from fluid flow induced by settling of particles. The relation between settling velocity of particles and particle concentration agreed with experimental observation.<br>For hindered settling of particles with two different sizes, the influences of the volume fraction and size ratio of the larger to the smaller particles on settling velocity were investigated by the simulation. The settling velocity of particles of both sizes decreased as the volume fraction of larger particles and the particle size ratio increased, because of the increased fluid velocity caused by the settling of particles. In the laminar flow range, the influence of collision between settling particles was negligibly small, because the contact force between particles was extremely less than the drag force.

収録刊行物

  • 化学工学論文集  

    化学工学論文集 32(4), 331-340, 2006-07-20 

    The Society of Chemical Engineers, Japan

参考文献:  12件

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被引用文献:  4件

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各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    10018182929
  • NII書誌ID(NCID)
    AN00037234
  • 本文言語コード
    JPN
  • 資料種別
    ART
  • ISSN
    0386216X
  • NDL 記事登録ID
    8050463
  • NDL 雑誌分類
    ZP5(科学技術--化学・化学工業--化学工学)
  • NDL 請求記号
    Z17-725
  • データ提供元
    CJP書誌  CJP引用  NDL  J-STAGE 
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