1. はじめに
流体解析ソフトAcuSolveと個別要素法EDEMの連成解析を紹介します。(※どちらもアルテア社の製品です)
AcuSolveは連続体を対象にしたソルバーです。計算対象領域を要素に細分化し、各節点の流速と圧力を計算します。一方、EDEMは独立した粒子一つ一つの挙動を計算するソルバーです。
二つのソルバーを連成させることで、流体中の粒子挙動を再現することができます。
2. モデル説明
図1に示すパイプにおいて、AcuSolveとEDEMの連成計算における粒子挙動を調査します。流入口①から空気を注入し、流入口②から空気より少し軽い粉体を供給します。粒子数を変更した場合の、one-wayとtwo-wayカップリングの違いによる格子後背域の粒子挙動や流速分布を調査・比較します。
図2にメッシュ図を、図3に境界条件を示します。表2に粒子のプロパティを、表3に流体の物性値を示します。
3. 計算結果
図4に粒子の動きを、図5に流速のコンター図示します。
図4 粒子の動き
(左上：ケース1-1、右上：ケース2-1、左下：ケース1-2、右下：ケース2-2)
・ 粒子の発生速度30個/sのケース1-1と2-1では、大きな差は見られません
・ 300個/sのケース1-2と2-2では、格子通過後の粒子の動きに大きな違いがみられます
図5 流速のコンター図
(左上：ケース1-1、右上：ケース2-1、左下：ケース1-2、右下：ケース2-2)
・ one-wayでは流れは粒子の影響を受けないので、ケース1-1と1-2は同じ結果になります
・ ケース2-1は、粒子の影響を受けて流れは変化すしますが、粒子数が少ないのでone-wayのケース1-1とほぼ同じ結果になります
・ ケース2-2では、多数の粒子の影響を受けて流れが大きく変化します
最後に、格子通過後の領域をZ方向に3個の領域に分け(bot,mid,top)、各領域内の粒子数を調査しました。
・ 粒子数が少ないケース1-1と2-1では定性的な傾向に差は見られませんが、粒子数が多いケースケース1-2と2-2では、傾向に差がみられました。
4. まとめ
アルテア社の流体解析ソフトAcuSolve(CFD)と個別要素法ソフトEDEM(DEM)の連成解析を行うことで、粒子同士の衝突を考慮した流体中の粒子の動きを簡単に計算することが出来ます。
特に、粒子が密に存在する場合、粒子同士の衝突計算が必須なだけでなく、two-wayカップリングで計算しないと、粒子の挙動を正確に再現できなくなる危険性があります。
