Development of a new simulation method analyzing the grinding behavior under wet ball milling

开发一种新的模拟方法来分析湿式球磨下的研磨行为

• 批准号: 22K14525
• 负责人: 久志本 築
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14525/
• 关键词: 粉体シミュレーション; ADEM-CFD; 湿式ボールミル; 超微粉砕; 粉砕限界; 再凝集; 粉砕場解析; 分散・凝集; DEM-AB

湿式ボールミルにはナノレベルの粒子径まで粉砕することが望まれているが、いまだその実現には至っていない。これは、粉砕限界および再凝集といった粒子スケールの現象を実験から解析することは難しいためである。そこで本研究では、湿式ボールミル中の粒子スケールの現象を解析可能とする新規シミュレーション手法の開発を行っている。今年度は、その第一段階として、既存のシミュレーション手法を調査し、ベースとして適当なシミュレーション手法を検討した。本研究では、粉砕限界のような粒子の粉砕挙動に関する現象と、再凝集のような粒子の分散・凝集挙動に関する現象の二つを同時に扱う必要がある。湿式ボールミル中の粒子の粉砕挙動は、粒子の強度および粒子の変形・破壊挙動に加え、それら現象が液中で起こることも加えて考慮する必要がある。こうした粒子挙動を表現可能なモデルとしては、我々が独自に開発したAdvanced discrete element method coupling with computational fluid dynamics (ADEM-CFD)モデルがある。このモデルは一つの粒子を微小な一次粒子で構成される集合体とみなし、それら一次粒子同士を連結ばねで接続することで粒子の変形・破壊挙動を、連結ばねのばね定数により粒子の強度をそれぞれモデル化し、さらに、粒子・流体間相互作用をDEM-CFDカップリングモデルに基づき与えることで、液体中での粒子の粉砕挙動を表現可能とする。一方、粒子の分散・凝集挙動は、DLVO理論に基づく分散・凝集力とし、静電気力とvan der Waals力をそれぞれ考慮することで表現可能と考えられた。したがって、これら分散・凝集力をADEM-CFDモデルで表現される粒子間に作用させることで、湿式ボールミル中で起こる粉砕限界、再凝集現象を解析可能にできることがわかった。

需要湿球磨坊磨成纳米级粒径，但尚未实现。这是因为很难分析粒子尺度现象，例如从实验中进行磨削限制和重新聚集。因此，在这项研究中，我们正在开发一种新的模拟方法，该方法允许分析湿球厂中粒子尺度现象。今年，第一步是研究现有的仿真方法，并将适当的仿真方法视为基础。这项研究要求有关颗粒的研磨行为的两种现象，例如磨削极限，以及有关颗粒的分散和聚集行为的现象，例如重新聚集。除了颗粒的强度以及颗粒的变形和断裂行为以及这些现象发生在液体中的事实外，还必须考虑湿球厂中颗粒的研磨行为。可以表达这种粒子行为的模型是我们独立开发的高级离散元素方法与计算流体动力学（ADEM-CFD）模型耦合。该模型认为一个粒子是由小主要粒子组成的组合，通过将这些主要粒子与链接弹簧连接起来，分别对粒子的变形和断裂行为进行建模，并且通过使用链接弹簧的弹簧常数，将粒子流体相互作用基于dem-CFD耦合模型，从而允许液化液的表达，从而将粒子流体相互作用应用。另一方面，颗粒的分散和凝聚行为可以通过根据DLVO理论考虑分散和凝聚力来表达，并分别考虑静电力和范德华力。因此，已经发现，通过在ADEM-CFD模型中表达的颗粒之间作用这些分散和内聚力，可以分析湿球磨机中发生的磨削极限和重新配置现象。