3次元循環流動層の気流と粒子の運動の数値シミュレーションと実験による検証

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約3.8億個のガラスビーズ（粒径=115 μm）からなる循環流動層中の気流と粒子の運動を数値シミュレーションによって求めた．循環流動層中の粒子濃度は気泡流動層などのそれとくらべると低いので，粒子間衝突は2体衝突で表すことができる．その時の衝突判定にはDSMC法を用いた．それらに基づき局所平均された3次元Navier–Stokes式と連続の式，3次元ラグランジアン型粒子の運動方程式を数値解析した．これらの式は粒子に働く流体抗力と粒子の回転揚力によって連成されている．サブグリッドスケールフローはLESによってモデル化している．ほぼ同一条件の実験を行い，計算結果と比較した．計算結果は全体として実験結果をよく表現しており，このことから本研究のシミュレーション手法が現実の循環流動層中の粒子と気流の流れに適用可能であることがいえる．また循環流動層は流れの例と考えられるので，これより粒状体の空気輸送，高粒子濃度のサイクロン分離機，高濃度固気噴流など多くの粒子・流体系の流れが本シミュレーション法によって計算可能であることがわかる．計算結果は循環流動層特有の粒子群のクラスターの形成を示し，その形状，大きさ，出現頻度はほぼ実験結果と一致している．計算モデルからクラスターの主な形成機構は粒子間の非弾性衝突と流体の複雑運動と粒子の相互干渉と考えられる．循環流動層では115 μmのような微小粒子（粒子基準Reは数十以下）でもクラスターなどの影響により，粒子の存在が気流の乱流を高めている．
2007-01-20

3次元循環流動層の気流と粒子の運動の数値シミュレーションと実験による検証

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