大規模固体-流体連成シミュレーションのための数値解析アルゴリズムの開発

大规模固液相互作用模拟数值分析算法的开发

基本信息

批准号：
19J22534
负责人：
森勇稀
金额：
$ 1.98万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は主に大物体を伴う固体-流体混相流のための数値解析手法の開発を行った。固体-流体混相流は多様な産業用装置に現れる流れであるため、現象の把握は学術的のみならず産業的にも非常に大きな意義を持つ。その中でも大物体を伴う固体-流体混相流は、産業用廃棄物のための流動層焼却炉など、産業的にも重要な装置に現れる流れである。固体-流体混相流では内部の現象を実験によって把握することが困難である場合が多いため、数値解析の応用が期待されている。固体-流体連成シミュレーションにおいては固相粒子を離散要素法(Discrete Element Method, 以下DEMと記す)、流体相を数値流体力学(Computational Fluid Dynamics, 以下CFDと記す)によって解析するDEM-CFD法が広く用いられている。DEM-CFD法は様々な体系で妥当性が確認されている有効な手法であるが、流体相の解析に局所体積平均化を行っているため、固相物体の大きさに制限があり、大物体を伴う固体-流体連成問題を解析することが非常に困難であった。この問題に対し、本年度の研究ではDEM-CFD法において大物体が固体相に及ぼす影響をDEM、流体相に与える影響を埋込境界法(Immersed Boundary Method)によって解析する大物体モデルの開発を行った。また、開発手法の妥当性を検証するため、開発手法によって大物体が含まれる流動層の数値解析を行い、数値解析結果を既存の実験結果と比較した。その結果、数値解析結果は実験結果と定性的、定量的によく一致しており、本研究で開発した手法により大物体を伴う固体-流体混相流を正確に模擬することができるということが示された。

今年，我们开发了一种用于固体富集多相流的数值分析方法，主要伴随着大物体。由于固体流体的多相流是出现在各种工业设备中的流，因此了解现象不仅在学术上而且在工业上具有重要意义。其中，具有大物体的固体流体多相流是出现在工业重要设备中的流，例如用于工业废物的流化床焚化炉。在固体多相流中，通常很难通过实验掌握内部现象，因此预计将应用数值分析。在固体流体耦合模拟中，DEM-CFD方法，其中使用离散元素方法（以下称为DEM）和DEM-CFD方法分析固相颗粒，其中使用计算流体动力学（以下简称TREFTER称为CFD）分析流体相。 DEM-CFD方法是一种有效的方法，在各种系统中已验证，但是对流体相分析进行了局部平均，因此固相对象的大小受到限制，因此很难与大对象分析固体流体偶联问题。为了应对这个问题，今年的研究开发了一个大型对象模型，该模型分析了大型对象对DEM-CFD方法中实心阶段的影响，并使用嵌入式边界方法分析了大对象对大对象对流体相位的影响。此外，为了验证开发方法的有效性，使用开发方法对包含大物体的流化床进行数值分析，并将数值分析结果与现有的实验结果进行了比较。结果表明，数值分析结果在定性和定量上与实验结果一致，并且本研究中开发的方法可以准确地模拟具有大物体的固体富集多相流。

项目成果

期刊论文数量（16）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

DEM-CFD法におけるdensity scaling法の有効性検証

DEM-CFD方法中密度缩放方法的有效性验证

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
森勇稀;酒井幹夫;Y. Mori and M. Sakai;森勇稀;森勇稀
通讯作者：
森勇稀

Coarse graining DEM simulations of a powder die-filling system

粉末模具填充系统的粗粒 DEM 模拟

DOI：
10.1016/j.powtec.2020.05.063
发表时间：
2020
期刊：
Powder Technology
影响因子：
5.2
作者：
Widartiningsih Putri Mustika;Mori Yuki;Takabatake Kazuya;Wu Chuan-Yu;Yokoi Kensuke;Yamaguchi Akira;Sakai Mikio
通讯作者：
Sakai Mikio

On artificial density treatment for the pressure Poisson equation in the DEM-CFD simulations