スターティックミキサー

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、simpleFoamソルバーを用いた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。

 

 

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。

 

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。