スターティックミキサー

スターティックミキサー

はじめに

スタティックミキサーは、駆動部の代わりに連結したエレメントの形状効果(分割作用、転換作用、反転作用)により攪拌するミキサーです。エレメント形状の種類は多数あり、材料特性や求めている攪拌精度に応じて、適切なエレメントを選択する必要があります。このため、成形機で運用する前に、試作機(モックアップ)で多数の条件変更した試験・測定を行い、十分な攪拌精度が得られることを確認する必要があります。その際、スケーリングの問題が発生する事が多いため、攪拌状況を制御する重要な要因の調査や、最低限必要な製造条件の割り出しなどにも工数が必要になります。

シミュレーションソフトを利用すると、初めから実物の成形機スケールで検討できるため、スケーリングの問題から解放されます。本解析事例では、OpenFOAMの利用事例として、スターティックミキサーによる2種類の液体の攪拌解析を紹介します。

 

 

モデル説明

図1に示すスパイラルタイプのスタティックミキサーにおいて、ヨーグルトと果汁ソースの攪拌状況を調査しました。流入口1からヨーグルトを、流入口2から果汁ソースを流し、内部の攪拌状況を確認します。

 

計算結果

図2に中心断面における果汁ソースの濃度分布と流速分布を示します。

 

 

図3に流線を、図4にエレメント表面の圧力のコンター図を示します。

 

 

 

 

図5に、代表的なYZ断面における果汁ソースの分散を示します。分散は、各メッシュで平均濃度との差の2乗を元に算出しました。分散が大きいほど果汁ソースが不均一であることを(図6の上図参照)、逆に分散が小さいほど均一に混ざっていることを示します(図6の下図参照) 。このため、分散を確認することで、攪拌状況を数値データで確認・比較できるだけでなく、必要となるエレメント数を予測することができます。

 

まとめ

シミュレーションソフトを利用することで、内部の攪拌状況を確認する事ができます。求めている攪拌精度に応じて、必要となるエレメントの個数を予測できます。流入速度や物性値(密度や粘度)を変更した計算も簡単に行えます。スケーリングの問題からも解放されるため、実験をベースにした適切な攪拌条件の調査に比べ、工数を大幅に削減する事ができます。特にOpenFOAMはオープンソースコードのため、ライセンス費用を気にすることなく攪拌状況の検討を行う事ができます。

また、図3-3-1でも示した流体を着色する機能は、スターティックミキサーだけでなく、攪拌槽の解析でも内部の攪拌状況を確認する際の強力なツールとなります。

参考URL:https://www.terrabyte.co.jp/discover/index.php/2019/09/25/post-915/

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