3次元循環流動層の気流と粒子の運動の数値シミュレーションと実験による検証 Numerical Simulation of Air and Particles Motions in Circulating Fluidized Bed Using Hard Sphere Model, DSMC Method and LES Model, and Experimental Verification

この論文にアクセスする

この論文をさがす

著者

抄録

約3.8億個のガラスビーズ(粒径=115 μm)からなる循環流動層中の気流と粒子の運動を数値シミュレーションによって求めた.循環流動層中の粒子濃度は気泡流動層などのそれとくらべると低いので,粒子間衝突は2体衝突で表すことができる.その時の衝突判定にはDSMC法を用いた.それらに基づき局所平均された3次元Navier–Stokes式と連続の式,3次元ラグランジアン型粒子の運動方程式を数値解析した.これらの式は粒子に働く流体抗力と粒子の回転揚力によって連成されている.サブグリッドスケールフローはLESによってモデル化している.ほぼ同一条件の実験を行い,計算結果と比較した.計算結果は全体として実験結果をよく表現しており,このことから本研究のシミュレーション手法が現実の循環流動層中の粒子と気流の流れに適用可能であることがいえる.また循環流動層は流れの例と考えられるので,これより粒状体の空気輸送,高粒子濃度のサイクロン分離機,高濃度固気噴流など多くの粒子・流体系の流れが本シミュレーション法によって計算可能であることがわかる.計算結果は循環流動層特有の粒子群のクラスターの形成を示し,その形状,大きさ,出現頻度はほぼ実験結果と一致している.計算モデルからクラスターの主な形成機構は粒子間の非弾性衝突と流体の複雑運動と粒子の相互干渉と考えられる.循環流動層では115 μmのような微小粒子(粒子基準<i>Re</i>は数十以下)でもクラスターなどの影響により,粒子の存在が気流の乱流を高めている.

Air and particle motions in a 3-dimensional circulating fluidized bed which contains about 380 million particles (diameter, <i>D</i><sub>p</sub>=115 μm) were numerically simulated. A stochastic scheme based on the DSMC method was introduced into the calculation of particle collisions supposed to be two body collisions to treat a large number of particles. The locally averaged 3-dimensional Navier–Stokes equations and Lagrangian particle motion equations, in which the drag and the lift forces acting on particles, collision between particles and the mutual interaction between air and particles were taken into account, were simultaneously solved. The subgrid scale flows were modeled in Navier–Stokes equations using LES in which the effect of the particle existence on the subgrid scale flows were considered. The good agreement between the present calculated results and experimental data in the circulating fluidized bed shows the applicability of the present simulation method to various gas and particle flows for examples in particulate matter pneumatic conveyors, high particle concentration cyclone separators, high mass mixture gas–solid jets, etc. Calculated results clearly present the particle clusters of which shape and size were in good agreement with the experimental results. These indicate that the cluster formation mechanisms are the non-elastic collision among particles and the interaction between the air and particle flows. Calculated results of flow characteristics which agree with experimental results show that the existence of small particles remarkably enhances the turbulent motions of air and particles in a circulating fluidized bed.

収録刊行物

  • 化学工学論文集  

    化学工学論文集 33(1), 6-15, 2007-01-20 

    The Society of Chemical Engineers, Japan

参考文献:  22件

参考文献を見るにはログインが必要です。ユーザIDをお持ちでない方は新規登録してください。

被引用文献:  1件

被引用文献を見るにはログインが必要です。ユーザIDをお持ちでない方は新規登録してください。

各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    10018500982
  • 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
    8665322
  • 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 
ページトップへ