JP2010107314A - Simulation method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シミュレーション方法及びシミュレーション装置に関するものである。 The present invention relates to a simulation method and a simulation apparatus.
高レベル放射性廃液の処理方法として、下記特許文献1に開示されているような、ガラス溶融炉において高レベル放射性廃液をガラス原料と一緒に溶融して溶融ガラスを生成し、
その後、固化する技術が知られている。
As a method for treating high-level radioactive liquid waste, as disclosed in Patent Document 1 below, a high-level radioactive liquid waste is melted together with glass raw materials in a glass melting furnace to produce molten glass,
Thereafter, a technique for solidifying is known.
ガラス溶融炉の運転条件によっては、ガラス溶融炉の内部において高レベル放射性廃液に含まれる金属成分、特に白金族粒子(ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)等)が析出し、そのガラス溶融炉の内部に堆積する可能性がある。ガラス溶融炉は、そのガラス溶融炉の内部に設けられた電極間に電流を流し、発生した熱(ジュール熱)によって、ガラス原料を溶融する。ガラス溶融炉の内部に白金族粒子が堆積すると、その白金族粒子が短絡等を引き起こし、円滑な溶融処理を妨げる可能性がある。そのような不具合の発生を抑制するため、溶融したガラスとの固液混相流における白金族粒子の挙動を把握し、ガラス溶融炉の運転条件の最適化を図る必要がある。 Depending on the operating conditions of the glass melting furnace, metal components contained in the high-level radioactive liquid waste, particularly platinum group particles (ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), etc.) are deposited inside the glass melting furnace, There is a possibility of depositing inside the glass melting furnace. In the glass melting furnace, an electric current is passed between electrodes provided in the glass melting furnace, and the glass raw material is melted by the generated heat (Joule heat). If platinum group particles are deposited inside the glass melting furnace, the platinum group particles may cause a short circuit or the like, which may hinder smooth melting processing. In order to suppress the occurrence of such problems, it is necessary to grasp the behavior of platinum group particles in a solid-liquid mixed phase flow with molten glass and to optimize the operating conditions of the glass melting furnace.
固液混相流の内部機構の解明にあたり、ガラス溶融炉のような高レベル放射性廃液を扱う大規模体系では、濃度や構成粒子の移動距離の計測が容易ではなく、実験によるアプローチが困難になることがあるため、数値シミュレーションによるアプローチが期待されている(例えば非特許文献1および非特許文献2参照)。 Upon elucidation of the internal mechanism of the solid-liquid multiphase flow, in a large system that handles high-level radioactive waste liquid such as a glass melting furnace, it is not easy to measure the moving distance of the density and the constituent particles, approach experiments difficult Therefore, an approach based on numerical simulation is expected (see, for example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).
これまでに開発されてきた固液混相流の解析手法として、液相と固相とをオイラー的手法で解析するオイラー・オイラー的手法、液相をオイラー的手法で固相をラグランジュ的手法で解析するオイラー・ラグランジュ的手法および液相と固相とをラグランジュ的手法で解析するラグランジュ・ラグランジュ的手法がある。これまでは、主として液相バルク領域における固相の挙動が研究されてきた。
固相のモデル化においては、ラグランジュ的手法のひとつである離散要素法(Discrete Element Method; DEM、以下DEMと記すことがある)が固体粒子同士の接触力を精度よく評価する場合に用いられる(例えば非特許文献3参照)。
In solid-phase modeling, the discrete element method (DEM, hereinafter referred to as DEM), which is one of the Lagrangian methods, is used to accurately evaluate the contact force between solid particles ( For example, refer nonpatent literature 3).
しかしながら、離散要素法は、まだ実用的に確立されたものではなく、特にガラス溶融炉のような大規模体系への適用などの課題が残る。大規模体系への適用の最も大きな課題のひとつが計算粒子数である。最新のPC(Personal Computer)を用いて現実的な時間で計算する場合、計算粒子数はせいぜい数十万個程度であり、この数十万個の粒子数は、砂糖スプーン一杯分に相当すると言われている。このため、ガラス溶融炉内の白金族粒子のような十億個超の粒子数が必要と言われる大規模体系(一例としてガラス溶融炉内の容積は1立方メートル程度)のシミュレーションは、現実的な時間で計算することができなかった。したがって、従来の手法では、ガラス溶融炉内の全ての白金族粒子の挙動が模擬されないことが課題となっていた。 However, the discrete element method has not yet been established practically, and there remain problems such as application to a large-scale system such as a glass melting furnace. One of the biggest challenges of application to large-scale systems is the number of computational particles. When calculating in realistic time using the latest PC (Personal Computer), the number of calculated particles is about several hundred thousand at most, and it is said that the number of hundreds of thousands of particles is equivalent to one sugar spoonful. It has been broken. For this reason, a simulation of a large-scale system (for example, the volume in the glass melting furnace is about 1 cubic meter), which is said to require more than 1 billion particles such as platinum group particles in the glass melting furnace, is realistic. Could not calculate in time. Therefore, the conventional method has a problem that the behavior of all platinum group particles in the glass melting furnace is not simulated.
本発明は、上記課題点に鑑みてなされたものであり、現実的な時間でガラス溶融炉内の全ての白金族粒子の挙動を模擬することができるシミュレーション方法及びシミュレーション装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a simulation method and a simulation apparatus capable of simulating the behavior of all platinum group particles in a glass melting furnace in a realistic time. And
上記の課題を解決するために、本発明は、液相であるガラスと固相である複数の白金族粒子とからなる固液混相流の状態を示す解析対象データに離散要素法に基づく演算処理をコンピュータを用いて施すことにより上記複数の白金族粒子の挙動を解析するシミュレーション方法であって、上記白金族粒子のいくつかで構成される群を粒子径が上記白金族粒子の粒子径よりも大きな粗視化粒子としてモデル化する粗視化処理を上記解析対象データに施す粗視化モデル生成工程を有し、該粗視化モデル生成工程によって得られた粗視化モデルデータに上記離散要素法に基づく演算処理を施すという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、白金族粒子の群をモデル化し、計算上大きな粗視化粒子を用いて白金族粒子体系を模擬するため、実際よりも少ない粒子数でガラス溶融炉内の白金族粒子の挙動を解析することが可能となる。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides an arithmetic processing based on a discrete element method on analysis target data indicating a state of a solid-liquid mixed phase flow composed of a liquid phase glass and a plurality of solid phase platinum group particles. Is performed by using a computer to analyze the behavior of the plurality of platinum group particles, and the group consisting of some of the platinum group particles has a particle size larger than the particle size of the platinum group particles. A coarse-grained model generation step for performing coarse-graining processing on the analysis target data to be modeled as large coarse-grained particles, and the discrete element is included in the coarse-grained model data obtained by the coarse-grained model generation step A configuration is adopted in which arithmetic processing based on the law is performed.
By adopting such a configuration, the present invention models a group of platinum group particles and simulates the platinum group particle system by using coarse particles coarsely calculated. It becomes possible to analyze the behavior of platinum group particles in the melting furnace.
また、本発明は、上記粗視化モデル生成工程では、上記固液混相流において粒子径の大きさに依存して作用する所定の力を、粒子径の大きな上記粗視化粒子と上記粗視化粒子を構成する粒子径の小さな複数の上記白金族粒子との間で一致させるモデル化を施すという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、粒子径の大きさに依存して作用する流体力や接触力等の所定の力を白金族粒子の群と粗視化粒子との間で一致させるため、実際の白金族粒子の挙動を粗視化粒子で精度良く模擬することが可能となる。
In the coarse-grained model generation step, the present invention applies the predetermined force acting depending on the particle size in the solid-liquid mixed phase flow to the coarse-grained particles having a large particle size and the coarse-grained particles. A configuration is adopted in which modeling is performed so as to match the plurality of platinum group particles having a small particle diameter constituting the structured particles.
By adopting such a configuration, in the present invention, a predetermined force such as a fluid force or a contact force acting depending on the size of the particle diameter is applied between the group of platinum group particles and the coarse-grained particles. Therefore, the actual behavior of the platinum group particles can be accurately simulated with the coarse-grained particles.
また、本発明は、上記所定の力は、ファンデルワールス力を含むという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、ファンデルワールス力を考慮し、白金族粒子同士の付着力をモデル化することで、溶融ガラス中の白金族粒子の凝集・堆積の挙動を解析することが可能となる。
Further, the present invention employs a configuration in which the predetermined force includes a van der Waals force.
By adopting such a configuration, in the present invention, the van der Waals force is taken into account, and the adhesion force between the platinum group particles is modeled, so that the behavior of the aggregation and deposition of the platinum group particles in the molten glass is controlled. It becomes possible to analyze.
また、本発明は、上記粗視化モデル生成工程では、上記白金族粒子及び上記粗視化粒子を球形でモデル化し、上記粗視化粒子の粒子径が上記白金族粒子の粒子径よりもL倍大きく、上記粗視化粒子をL3個の上記白金族粒子で構成する場合、上記粗視化粒子に作用するファンデルワールス力をFVW iとし、上記粗視化粒子を構成する上記白金族粒子のそれぞれに作用するファンデルワールス力をFVW Oとしたときに、下式(a)の関係を満足させるという構成を採用する。
また、本発明は、上記所定の力は、電気二重層力を含むという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、電気二重層力を考慮し、白金族粒子同士の斥力をモデル化することで、溶融ガラス中の白金族粒子の凝集・堆積の挙動を解析することが可能となる。
Further, the present invention employs a configuration in which the predetermined force includes an electric double layer force.
By adopting such a configuration, the present invention analyzes the behavior of aggregation and deposition of platinum group particles in molten glass by modeling the repulsive force between platinum group particles in consideration of the electric double layer force. It becomes possible to do.
また、本発明は、上記粗視化モデル生成工程では、上記白金族粒子及び上記粗視化粒子を球形でモデル化し、上記粗視化粒子の粒子径が上記白金族粒子の粒子径よりもL倍大きく、上記粗視化粒子をL3個の上記白金族粒子で構成する場合、上記粗視化粒子に作用する電気二重層力をFe iとし、上記粗視化粒子を構成する上記白金族粒子のそれぞれに作用する電気二重層力をFe Oとしたときに、の関係を満足させるという構成を採用する。
また、本発明は、液相であるガラスと固相である複数の白金族粒子とからなる固液混相流の状態を示す解析対象データに離散要素法に基づく演算処理をコンピュータを用いて施すことにより上記複数の白金族粒子の挙動を解析するシミュレーション装置であって、上記白金族粒子のいくつかで構成される群を粒子径が上記白金族粒子の粒子径よりも大きな粗視化粒子としてモデル化する粗視化処理を上記解析対象データに施す粗視化モデル生成手段を有し、該粗視化モデル生成手段によって得られた粗視化モデルデータに上記離散要素法に基づく演算処理を施すという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、白金族粒子の群をモデル化し、計算上大きな粗視化粒子を用いて白金族粒子体系を模擬するため、実際よりも少ない粒子数でガラス溶融炉内の白金族粒子の挙動を解析することが可能となる。
In addition, the present invention applies calculation processing based on the discrete element method to data to be analyzed that indicates a state of a solid-liquid mixed phase flow composed of glass as a liquid phase and a plurality of platinum group particles as a solid phase. A simulation apparatus for analyzing the behavior of the plurality of platinum group particles by using a group consisting of some of the platinum group particles as a coarse-grained particle having a particle size larger than that of the platinum group particles A coarse-grained model generating means for applying the coarse-graining process to the analysis target data, and performing the arithmetic processing based on the discrete element method on the coarse-grained model data obtained by the coarse-grained model generating means The configuration is adopted.
By adopting such a configuration, the present invention models a group of platinum group particles and simulates the platinum group particle system by using coarse particles coarsely calculated. It becomes possible to analyze the behavior of platinum group particles in the melting furnace.
本発明によれば、液相であるガラスと固相である複数の白金族粒子とからなる固液混相流の状態を示す解析対象データに離散要素法に基づく演算処理をコンピュータを用いて施すことにより上記複数の白金族粒子の挙動を解析するシミュレーション方法であって、上記白金族粒子のいくつかで構成される群を粒子径が上記白金族粒子の粒子径よりも大きな粗視化粒子としてモデル化する粗視化処理を上記解析対象データに施す粗視化モデル生成工程を有し、該粗視化モデル生成工程によって得られた粗視化モデルデータに上記離散要素法に基づく演算処理を施すという構成を採用することによって、白金族粒子の群をモデル化し、計算上大きな粗視化粒子を用いて白金族粒子体系を模擬するため、実際よりも少ない粒子数でガラス溶融炉内の白金族粒子の挙動を解析することが可能となる。
したがって、本発明は、現実的な時間でガラス溶融炉内の全ての白金族粒子の挙動を模擬することができるシミュレーション方法を提供できる効果がある。
According to the present invention, calculation processing based on the discrete element method is performed using a computer on analysis target data indicating the state of a solid-liquid mixed phase flow composed of glass as a liquid phase and a plurality of platinum group particles as a solid phase. A simulation method for analyzing the behavior of the plurality of platinum group particles by using a group consisting of some of the platinum group particles as a coarse-grained particle having a particle size larger than that of the platinum group particles A coarse-grained model generation step for performing coarse-graining processing on the analysis target data, and performing arithmetic processing based on the discrete element method on the coarse-grained model data obtained by the coarse-grained model generation step By adopting the configuration, the group of platinum group particles is modeled, and the platinum group particle system is simulated using coarse particles that are computationally large, so the number of particles in the glass melting furnace is smaller than the actual number. It is possible to analyze the behavior of the gold group particle.
Therefore, the present invention has an effect of providing a simulation method capable of simulating the behavior of all platinum group particles in the glass melting furnace in a realistic time.
以下、本発明の一実施形態を図面および数式に基づいて説明する。先ず、本発明におけるシミュレーション装置の構成およびシミュレーション方法のフローの概略について簡単に説明し、次いで本発明のシミュレーション方法に係る白金族粒子のモデル化や計算手法について詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態におけるシミュレーション装置1の概略構成を示すブロック図である。
図2は、本発明の実施形態におけるシミュレーション方法を示すフローチャートである。
シミュレーション装置1は、図1に示すように、ガラス溶融炉内部の液相であるガラスと固相である複数の白金族粒子とからなる固液混相流の挙動を解析するコンピュータシステムであり、入力装置2、出力装置3、記憶装置4およびCPU5を有する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described based on the drawings and mathematical formulas. First, the outline of the configuration of the simulation apparatus and the flow of the simulation method in the present invention will be briefly described, and then the modeling and calculation method of platinum group particles according to the simulation method of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a simulation apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a simulation method in the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the simulation apparatus 1 is a computer system that analyzes the behavior of a solid-liquid mixed phase flow composed of glass as a liquid phase inside a glass melting furnace and a plurality of platinum group particles as a solid phase. It has the
入力装置2は、外部からデータをCPU5に入力するものであり、マウス、キーボードおよび通信装置等を有する。出力装置3は、CPU5から出力されるシミュレーション結果を画像として出力するものであり、モニタ等の表示装置を有する。記憶装置4は、固液混相流のシミュレーションに必要なデータおよびプログラムを記憶するものであり、ハードディスク、ROMおよびRAM等を有する。この記憶装置4は、固液混相流の状態を示す解析対象データと、解析対象データに粗視化処理を施す粗視化プログラム(粗視化モデル生成手段)と、粗視化処理によって得られる粗視化モデルデータと、粗視化モデルデータに離散要素法に基づく演算処理を施す解析プログラムとを記憶する構成となっている。CPU5は、入力装置2、出力装置3および記憶装置4との間でデータ授受を行う各種入出力インターフェイス回路等を有し、固液混相流の挙動を解析する演算処理を行う構成となっている。
The
図2に示すように、本実施形態のシミュレーション方法では、先ず、白金族粒子のいくつかで構成される群を粒子径が白金族粒子の粒子径よりも大きな粗視化粒子としてモデル化する粗視化処理を解析対象データに施す(ステップST1:粗視化モデル生成工程)。シミュレーション装置1においては、入力装置2から固液混相流の解析指令を受けたCPU5が、記憶装置4の解析対象データに含まれる白金族粒子の固相データを引き出して粗視化プログラムを実行することにより、粗視化モデルデータを得る。
そして、CPU5が、粗視化モデル生成工程で得られた粗視化モデルデータにDEMに基づく演算処理を、さらに、液相データにMPS法(後述)に基づく演算処理を施す解析プログラムを実行し、シミュレーション結果を出力装置3に出力させることにより、固相である白金族粒子と液相である溶融ガラスとからなる固液混相流の挙動を解析する(ステップST2:固液混相流解析工程)。
As shown in FIG. 2, in the simulation method of the present embodiment, first, a group composed of several platinum group particles is modeled as coarse-grained particles having a particle size larger than that of the platinum group particles. Visualization processing is performed on the analysis target data (step ST1: coarse-grained model generation step). In the simulation apparatus 1, the
Then, the
以下、上記シミュレーション方法の詳細について説明する。
本実施形態のシミュレーション方法では、液相をラグランジュ的手法で固相をラグランジュ的手法で解析するラグランジュ・ラグランジュ的手法を採用する。具体的に本実施形態では、液相には、複数の流体粒子(以下、液相粒子と記すことがある)によりその挙動を模擬するMoving Particle Semi-implicit法(以下、MPS法と記すことがある)を適用し、固相には、複数の固体粒子(以下、固相粒子と記すことがある)によりその挙動を模擬するDEMを適用する。なお、MPS法は、ラグランジュ型の計算手法であり、説明は後述するが、より詳細には公知技術文献(「粒子法」、越塚誠一、丸善(2005))等に開示されている。また、以下の説明では、上記のように液相にMPS法を適用した一例について説明するが、液相には、SPH法、有限差分法、有限体積法等を適用してもよい。
Details of the simulation method will be described below.
In the simulation method of the present embodiment, a Lagrangian-Lagrange method is employed in which the liquid phase is analyzed using a Lagrangian method and the solid phase is analyzed using a Lagrangian method. Specifically, in the present embodiment, the liquid phase may be described as a Moving Particle Semi-implicit method (hereinafter referred to as MPS method) that simulates the behavior of a plurality of fluid particles (hereinafter also referred to as liquid phase particles). A DEM that simulates the behavior of the solid phase by a plurality of solid particles (hereinafter sometimes referred to as solid phase particles) is applied to the solid phase. The MPS method is a Lagrangian calculation method and will be described later, but is disclosed in more detail in known technical documents (“particle method”, Seiichi Koshizuka, Maruzen (2005)) and the like. In the following description, an example in which the MPS method is applied to the liquid phase as described above will be described. However, an SPH method, a finite difference method, a finite volume method, or the like may be applied to the liquid phase.
固相のDEMシミュレーションにおいてガラス溶融炉の大規模体系の解析を実行するためには、計算負荷が大きいことや計算機メモリによる粒子数の制限があるため、本実施形態では、白金族粒子(以下、オリジナル粒子と記すことがある)の群を、オリジナル粒子よりも大きなモデル粒子(以下、粗視化粒子と記すことがある)で代表させる粗視化処理を施す。すなわち、現実的な時間でガラス溶融炉内の全ての白金族粒子の挙動を模擬するために、固体粒子のスケールをオリジナル粒子よりも大きく取り扱うモデル化が必要となる。この際、固体粒子を単に大きくしてはならない。すなわち、固相−液相間相互作用力である流体力や固相−固相間相互作用力である接触力、付着力および斥力等の力(所定の力)は、固体粒子の粒子径に依存するため、サブミクロン程度の粒子径の小さな白金族粒子の挙動を、粒子径の大きな粗視化粒子で精度よく模擬するためには、上記力を両者間で一致させる必要がある。 In order to perform analysis of a large-scale system of a glass melting furnace in a DEM simulation of a solid phase, since there is a large calculation load and a limit on the number of particles by a computer memory, in this embodiment, platinum group particles (hereinafter, A coarse-graining process is performed in which a group of particles that may be referred to as original particles) is represented by model particles larger than the original particles (hereinafter also referred to as coarse-grained particles). That is, in order to simulate the behavior of all platinum group particles in the glass melting furnace in a realistic time, it is necessary to model the solid particles so that the scale of the solid particles is larger than the original particles. At this time, the solid particles should not simply be enlarged. That is, the fluid force that is the interaction force between the solid phase and the liquid phase, the contact force that is the interaction force between the solid phase and the solid phase, the force such as the adhesion force and the repulsive force (predetermined force) depends on the particle size of the solid particles. Therefore, in order to accurately simulate the behavior of platinum group particles having a small particle size of about submicron with coarse-grained particles having a large particle size, it is necessary to match the above forces between the two.
図3〜図5は、粒子径の大きな粗視化粒子と該粒子を構成する粒子径の小さな複数のオリジナル粒子との挙動の違いを示す例である。図3に示すように、矢印の方向にガスを噴きつけた場合、図3(a)に示す粗視化粒子に比べて、図3(b)に示すオリジナル粒子は容易に移動する。また、図4に示すように、同体積の両粒子が壁に衝突した場合、図4(a)に示す粗視化粒子と図4(b)に示すオリジナル粒子とでは、固体粒子の衝突頻度が異なり、両者のエネルギ消散が異なる。また、図5に示すように、図5(a)に示す粗視化粒子と図5(b)に示すオリジナル粒子とでは、固体粒子の凝集のし易さ(付着力)が異なる。さらに、斥力の大きさを粗視化粒子とオリジナル粒子とで一致させて、両者間のバランスをとることが必要となる。 3 to 5 are examples showing the difference in behavior between coarse-grained particles having a large particle size and a plurality of original particles having a small particle size constituting the particles. As shown in FIG. 3, when gas is sprayed in the direction of the arrow, the original particles shown in FIG. 3 (b) move more easily than the coarse-grained particles shown in FIG. 3 (a). Further, as shown in FIG. 4, when both particles having the same volume collide with the wall, the coarse-grained particles shown in FIG. 4 (a) and the original particles shown in FIG. And the energy dissipation of both is different. Further, as shown in FIG. 5, the coarse-grained particles shown in FIG. 5 (a) and the original particles shown in FIG. 5 (b) are different in the ease of aggregation of solid particles (adhesive force). Furthermore, it is necessary to make the magnitude of repulsive force the same between the coarse-grained particles and the original particles and to balance them.
また、ラグランジュ・ラグランジュ的手法の大規模体系への応用や計算効率の観点から、液相および固相の両者の離散スケールを、計算上、同じスケールで取り扱うことが望まれる。ガラス溶融炉の大規模体系では、液相と固相との空間の離散化スケールが異なり、液相に比べて固相のスケールが著しく小さくなってしまうためである。
したがって、本実施形態では、液相と固相との離散スケールを、計算上、同じスケールとして取り扱い、粒子径の大きさに依存する上記力をオリジナル粒子と粗視化粒子との間でバランスをとるように粗視化処理を施す。以下、具体的なオリジナル粒子のモデル化や計算手法について説明する。
In addition, from the viewpoint of application of a Lagrangian-Lagrangian method to a large-scale system and computational efficiency, it is desirable to handle the discrete scales of both liquid and solid phases at the same scale in calculation. This is because, in a large-scale system of a glass melting furnace, the discretization scale of the liquid phase and the solid phase is different, and the scale of the solid phase is significantly smaller than that of the liquid phase.
Therefore, in this embodiment, the discrete scales of the liquid phase and the solid phase are treated as the same scale in the calculation, and the above-mentioned force depending on the size of the particle diameter is balanced between the original particles and the coarse-grained particles. The coarse-graining process is performed so as to take. A specific original particle modeling and calculation method will be described below.
ラグランジュ・ラグランジュ的手法の固液混相流において、該固液混相流を構成する各粒子は液相もしくは固相のどちらかに属するものであり、オイラー・オイラー的手法のように各格子に両者のベクトルやスカラーをもつものとは異なる。そのため、ラグランジュ・ラグランジュ的手法では、液相粒子と固相粒子に、それぞれの運動方程式を与えて、計算する必要がある。
液相と固相の連続の式および運動方程式は、それぞれ、下式(1)〜下式(5)のように表される。
In the solid-liquid multiphase flow of the Lagrangian-Lagrangian method, each particle constituting the solid-liquid multiphase flow belongs to either the liquid phase or the solid phase. Different from those with vectors and scalars. Therefore, in the Lagrangian / Lagrange-like method, it is necessary to calculate by giving respective equations of motion to liquid phase particles and solid phase particles.
The continuous equation and equation of motion of the liquid phase and the solid phase are respectively expressed by the following equations (1) to (5).
ここで、太字u、p、ρ、μ、太字g、太字FC、K、εおよびmは、それぞれ、流速ベクトル、圧力、密度、粘性率、重力加速度、接触力、流体抵抗係数、体積分率および質量である。添字について、l、ll、s、ssおよびslは、それぞれ、液相、液相-液相間、固相、固相-固相間および固相-液相間を意味する。
液相および固相のモデルの詳細について、以下に示す。
Here, bold u, p, [rho, mu, bold g, bold F C, K, epsilon and m are each, velocity vector, pressure, density, viscosity, gravity, contact force, the fluid resistance coefficient, the volume fraction Rate and mass. Regarding the subscripts, l, ll, s, ss, and sl mean liquid phase, liquid phase-liquid phase, solid phase, solid phase-solid phase, and solid phase-liquid phase, respectively.
Details of the liquid phase and solid phase models are shown below.
[液相]
液相については、圧力項、粘性項、流体力項および重力項を計算する。液相の運動方程式の式(2)には、微分演算子として勾配とラプラシアンが含まれる。さらに、圧力のポアッソン方程式においてもラプラシアンが現れる。これらにMPS法の勾配モデルおよびラプラシアンモデルを適用する。ここでは、圧力項および粘性項で使用する勾配モデルおよびラプラシアンモデルの概要を述べる。なお、MPS法は、非圧縮性流れのラグランジュ型の計算手法である。MPS法では、移流は粒子の移動を追跡することにより計算されるので、数値拡散の影響を排除できる。このため、水面形状の複雑な変化を高精度に計算できる。なお、流体力については、固相のモデリングに関する情報が必要になるため、固相の説明で述べる。
[Liquid phase]
For the liquid phase, the pressure term, viscosity term, fluid force term and gravity term are calculated. The equation (2) of the liquid phase equation of motion includes gradient and Laplacian as differential operators. Furthermore, Laplacian also appears in the Poisson equation of pressure. The gradient model and Laplacian model of the MPS method are applied to these. Here, the outline of the gradient model and Laplacian model used in the pressure term and the viscosity term will be described. The MPS method is a Lagrangian calculation method for an incompressible flow. In the MPS method, advection is calculated by tracking the movement of particles, so that the influence of numerical diffusion can be eliminated. For this reason, the complicated change of the water surface shape can be calculated with high accuracy. Note that fluid force requires information on solid phase modeling, and will be described in the description of solid phase.
(重み関数)
MPS法では、勾配やラプラシアンといった微分演算子に対して、粒子間相互作用モデルを用いて微分方程式を離散化する。粒子間相互作用モデルには、重み関数wを下式(6)のように導入する。
(Weight function)
In the MPS method, differential equations are discretized using an interparticle interaction model for differential operators such as gradient and Laplacian. The weight function w is introduced into the interparticle interaction model as shown in the following equation (6).
ここで、xおよびreは、粒子間距離および影響半径である。式(6)は、xがreよりも短い場合のみ相互作用することを意味する。 Here, x and r e is the distance between particles and influence radius. Equation (6), x is from means to interact only when less than r e.
(粒子数密度)
粒子iにおける粒子数密度は、下式(7)から求められる。
(Particle number density)
The particle number density in the particle i is obtained from the following equation (7).
ここで、太字xは粒子の位置ベクトルである。非圧縮性流れの場合、粒子数密度は初期状態に定めた粒子数密度n0(一定値)にならなければならない。 Here, bold x is a particle position vector. In the case of an incompressible flow, the particle number density must be the particle number density n 0 (constant value) defined in the initial state.
(圧力項)
粒子iの位置におけるpは、勾配モデルを用いて、下式(8)のように表される。
(Pressure term)
P at the position of the particle i is expressed by the following equation (8) using a gradient model.
勾配モデルは、粒子iとその近傍粒子jとの間で単純な勾配ベクトルを定義し、wを掛けて平均をとったものである。ここで、Dは空間の次元数である。 In the gradient model, a simple gradient vector is defined between a particle i and a neighboring particle j and multiplied by w to obtain an average. Here, D is the number of dimensions of the space.
(粘性項)
粘性項は、ラプラシアンモデルを使用し、下式(9)のように計算される。
(Viscosity term)
The viscosity term is calculated using the Laplacian model as shown in the following equation (9).
ラプラシアンモデルにより、粒子iの物理量がその近傍の粒子jにwの分布で分配される。ここで、係数λは、下式(10)のように表される。 According to the Laplacian model, the physical quantity of the particle i is distributed in the distribution of w to the neighboring particle j. Here, the coefficient λ is expressed as the following expression (10).
[固相]
固相については、圧力項、流体力項、接触力項、付着力項、斥力項および重力項を計算する。圧力項の計算手順については液相のものと同じである。ここでは、接触力項、流体力項、付着力項および斥力項について述べる。
固相のDEMシミュレーションでは、オリジナル粒子群を大きな粗視化粒子で代表させて解析を行う。DEMの粗視化モデルは、固体粒子に作用する力について、粗視化粒子がオリジナル粒子群の挙動を模擬できるようにモデル化する。DEMでは、図6に示すように固体粒子(図6において符号10で示す)間に作用する接触力をバネ11(バネ定数k)、ダッシュポット12(粘性減衰係数η)およびフリクションスライダ13(摩擦係数μ)から構成されるモデルを用いて並進運動および回転運動を評価する。なお、DEMの粗視化モデルの詳細については、上記した非特許文献3を参照されたい。
[Solid phase]
For the solid phase, the pressure term, fluid force term, contact force term, adhesion force term, repulsive force term and gravity term are calculated. The calculation procedure for the pressure term is the same as that for the liquid phase. Here, the contact force term, fluid force term, adhesion force term and repulsive force term will be described.
In the solid phase DEM simulation, the original particle group is represented by large coarse-grained particles for analysis. The coarse-grained model of the DEM models the force acting on the solid particles so that the coarse-grained particles can simulate the behavior of the original particle group. In the DEM, as shown in FIG. 6, the contact force acting between solid particles (indicated by reference numeral 10 in FIG. 6) is a spring 11 (spring constant k), a dashpot 12 (viscosity damping coefficient η), and a friction slider 13 (friction). The translational and rotational motions are evaluated using a model composed of the coefficient μ). For details of the coarse-grained model of DEM, see
(接触力)
本実施形態では、球形の固体粒子を扱う。オリジナル粒子よりもL倍大きな粗視化粒子を用いる場合、粗視化粒子にはL3個のオリジナル粒子が含まれる。例えば、図7に示すように、粗視化粒子の粒子径がオリジナル粒子の粒子径よりも2倍大きい場合、粗視化粒子には8個のオリジナル粒子が含まれる。
粗視化モデルでは、接触力について、粗視化粒子とオリジナル粒子群(平均)の運動エネルギが一致するとして、下式(11)のように定式化する。
(Contact force)
In this embodiment, spherical solid particles are handled. When coarse-grained particles that are L times larger than the original particles are used, the coarse-grained particles include L 3 original particles. For example, as shown in FIG. 7, when the particle size of the coarse-grained particles is twice as large as the particle size of the original particles, the coarse-grained particles include 8 original particles.
In the coarse-grained model, the contact force is formulated as the following equation (11), assuming that the kinetic energy of the coarse-grained particles and the original particle group (average) match.
ここで、ms、I、Lおよび太字ωは、それぞれ、固体粒子の質量、慣性モーメント、粗視化率および角速度ベクトルである。添字のCGMおよびOは、粗視化粒子およびオリジナル粒子を意味する。並進運動について、粗視化粒子とオリジナル粒子(平均)とが一致すると仮定する(図7参照)。回転運動のエネルギについて、粗視化粒子とオリジナル粒子群を一致させるにあたり、オリジナル粒子が各々の重心で回転することを仮定する(図8参照)。 Here, m s , I, L, and bold ω are solid particle mass, moment of inertia, coarse-grained rate, and angular velocity vector, respectively. The subscripts CGM and O mean coarse-grained particles and original particles. For the translational motion, it is assumed that the coarse-grained particles and the original particles (average) match (see FIG. 7). Regarding the energy of the rotational motion, when the coarse-grained particles and the original particle group are matched, it is assumed that the original particles rotate at their center of gravity (see FIG. 8).
式(11)より、粗視化粒子にはオリジナル粒子のL3倍の接触力が働くことになる。また、粒子-流体間相互作用力、付着力、斥力項や重力について、粗視化粒子に作用するこれらの力が粗視化粒子領域に存在するオリジナル粒子群のものとバランスするようにモデル化する。その結果、粗視化粒子の運動方程式は、下式(12)のように表される。 From equation (11), the contact force of L 3 times that of the original particles acts on the coarse-grained particles. In addition, particle-fluid interaction force, adhesion force, repulsive force term, and gravity are modeled so that these forces acting on the coarse-grained particles are balanced with those of the original particles in the coarse-grained particle region. To do. As a result, the equation of motion of the coarse-grained particles is expressed as the following equation (12).
ここで、太字FD、Vs、太字FVW、太字Feおよび太字Fgは、それぞれ、流体力、固体粒子の体積、ファンデルワールス力、斥力(電気二重層力)および重力である。式(12)は、粗視化粒子に含まれるオリジナル粒子の数とその相互作用力の平均の積(粗視化粒子に含まれるオリジナル粒子群の相互作用力の総和に相当する)で表され、粗視化粒子の固体粒子iおよびjが二体衝突すると、それに含まれる全てのオリジナル粒子(すなわち、粗視化粒子1個あたり、L3個のオリジナル粒子)が二体衝突したことに相当する(図9参照)。
回転運動について、オリジナル粒子と粗視化粒子との間には、下式(13)の関係が成り立つ。
Here, bold letters F D , V s , bold letters F VW , bold letters Fe and bold letters F g are fluid force, solid particle volume, van der Waals force, repulsive force (electric double layer force) and gravity, respectively. Expression (12) is expressed by the product of the number of original particles contained in the coarse-grained particles and the average interaction force thereof (corresponding to the sum of the interaction forces of the original particle groups contained in the coarse-grained particles). When solid particles i and j of coarse-grained particles collide with each other, all of the original particles included in the particles (that is, L 3 original particles per coarse-grained particle) collide with each other. (See FIG. 9).
Regarding the rotational motion, the relationship of the following formula (13) is established between the original particles and the coarse-grained particles.
ここで、太字Tおよびrは、トルクおよび固体粒子の半径である。
オリジナル粒子体系と粗視化粒子体系との関係について、粗視化粒子とオリジナル粒子(平均)が一致すると仮定した式(12)と式(13)とにより、式(11)は満たされる。また、粗視化モデルに作用する接触力は、上記のオリジナル粒子体系と粗視化粒子体系の関係から、法線方向成分、接触点で滑らない場合の接線方向成分および接触点で滑る場合の接線方向成分について、それぞれ、下式(14)〜下式(16)のように表される。
Here, the bold letters T and r are the torque and the radius of the solid particles.
Regarding the relationship between the original particle system and the coarse-grained particle system, the expression (11) is satisfied by the expressions (12) and (13) that are assumed to be the same as the coarse-grained particles and the original particles (average). Also, the contact force acting on the coarse-grained model is based on the relationship between the original particle system and the coarse-grained particle system described above, the normal direction component, the tangential direction component when not sliding at the contact point, and the case of sliding at the contact point. The tangential direction components are respectively expressed as the following formula (14) to the following formula (16).
ここで、k、δ、ηおよび 太字dは、それぞれ、バネ定数、オーバーラップ幅、粘性減衰係数および並進運動による変位である。添字のnおよびtは、垂直方向成分および接線方向成分を意味する。なお、粗視化モデルでは、オリジナル固体粒子の物性値を使用する。 Here, k, δ, η, and bold letter d are the spring constant, overlap width, viscous damping coefficient, and displacement due to translational motion, respectively. The subscripts n and t mean a vertical component and a tangential component. In the coarse-grained model, the physical property values of the original solid particles are used.
(流体力)
粒子-流体間の流体力について、粗視化した固体粒子iに作用する流体力は、下式(17)から求められる。
(Fluid force)
Regarding the fluid force between the particles and the fluid, the fluid force acting on the coarse-grained solid particle i is obtained from the following equation (17).
ただし、流体粒子の速度の太字ulは、下式(18)に示すように、重み関数に基づいて平均されたものを使用する。 However, as shown in the following formula (18), the fluid particle velocity bold u l is averaged based on the weight function.
流体抵抗係数は、下式(19)のように表され、粒子径にはオリジナルのものを設定する。ただし、粉体濃度が高い場合には他の係数(Ergunの式)を用いることもある。 The fluid resistance coefficient is expressed by the following equation (19), and the original particle diameter is set. However, when the powder concentration is high, another coefficient (Ergun equation) may be used.
ここで、CDおよびdsは、それぞれ、抗力係数および固体粒子の直径である。CDは、粒子レイノルズ数Repの関数であり、下式(20)のように表される。 Here, C D and d s are drag coefficient and solid particle diameter, respectively. C D is a function of the particle Reynolds number Re p and is represented by the following equation (20).
Repは、下式(21)のように与えられる。 Re p is given by the following equation (21).
式(21)で示すRep内の粒子径についてもオリジナルのものを使用する。
流体粒子に作用する流体力についても同様の手順により求められ、粒子および流体に作用する流体力を考慮することにより、two-way couplingが可能になる。
Using the original ones also particle size in the Re p represented by equation (21).
The fluid force acting on the fluid particles is obtained by the same procedure, and two-way coupling is possible by considering the fluid force acting on the particles and the fluid.
(付着力)
本実施形態では、付着力としてファンデルワールス力を考慮する。粗視化した固体粒子iに作用するファンデルワールス力は、下式(22)のように与えられる。
(Adhesive force)
In this embodiment, Van der Waals force is considered as the adhesion force. Van der Waals force acting on the coarse-grained solid particle i is given by the following equation (22).
ここで、H、X、およびhは、それぞれ、ハマカー定数、換算粒子径および粒子の表面間距離である。XOは、下式(23)のように与えられる。 Here, H, X, and h are the Hammer car constant, the converted particle diameter, and the distance between the surfaces of the particles, respectively. X O is given by the following equation (23).
XOiおよびXOjは、粗視化した固体粒子iおよび固体粒子jに含まれるオリジナル粒子径に基づく粒子径である。 X Oi and X Oj are particle sizes based on the original particle sizes contained in the coarse-grained solid particles i and solid particles j.
(斥力)
本実施形態では、斥力(電気二重層力)を考慮する。粗視化した固体粒子iに作用する斥力は、下式(24)のように与えられる。
(repulsive force)
In this embodiment, repulsive force (electric double layer force) is considered. The repulsive force acting on the coarse-grained solid particle i is given by the following equation (24).
ただし、γおよびκは、それぞれ、下式(25)および下式(26)のように与えられる。 However, (gamma) and (kappa) are given like the following Formula (25) and the following Formula (26), respectively.
ここで、rs、n、kb、T、h、z、e、ε0、εrおよびψ0は、それぞれ、粒子半径、電解質イオン数密度、ボルツマン定数、液相の溶媒温度、粒子表面間距離、電解質イオン価数、単位電荷、真空の誘電率、溶媒の比誘電率および電位である。 Here, r s , n, k b , T, h, z, e, ε 0 , ε r and ψ 0 are the particle radius, electrolyte ion number density, Boltzmann constant, liquid phase solvent temperature, particle surface, respectively. Distance, electrolyte valence, unit charge, vacuum dielectric constant, solvent dielectric constant and potential.
以上のように、流体力と固体粒子間の接触力、付着力および斥力(電気二重層力)にモデル化を施すことにより、液相と固相の空間の離散化スケールが異なる体系に対して、計算上、両者を同じスケールで扱うことができる。
ただし、高塩濃度または低温の場合では電気二重層が薄くなるため、電気二重層力が小さくなることから、該斥力を無視できることがある。
なお、ここで、上記力に加えてランダム力を考慮する構成であってもよい。
As described above, by modeling the contact force, adhesion force, and repulsive force (electric double layer force) between the fluid force and the solid particles, for systems with different liquid phase and solid phase space discretization scales In calculation, both can be handled on the same scale.
However, in the case of high salt concentration or low temperature, the electric double layer becomes thin, and the electric double layer force becomes small, so that the repulsive force may be negligible.
In addition, the structure which considers random force in addition to the said force here may be sufficient.
続いて、図10を参照して、本実施形態における計算アルゴリズムについて説明する。なお、該計算アルゴリズムの概要は上記公知技術文献等に開示されているため、詳細は割愛することとする。 Next, a calculation algorithm in the present embodiment will be described with reference to FIG. In addition, since the outline | summary of this calculation algorithm is disclosed by the said well-known technical document etc., it shall omit the detail.
[液相]
MPS法では、液相の運動方程式の時間積分過程において、SMAC法(A.A.Amsden and F.H.Harlow: A Simplified MAC Technique for Incompressible Fluid Flow Calculations. J.Comp.Phys. 6, 322 (1970)の公知技術文献参照)と同様の半陰的アルゴリズムである2段解法が用いられる。ここで、時間ステップnにおける流れの計算について説明する(ステップST21〜ステップST29)。第1段階は、陽的なプロセスであり、重力項(ステップST22)、粘性項(ステップST23)および流体力(ステップST24)に基づいて、粒子の仮の速度の太字ul *および仮の位置のxl *が得られる(ステップST25)。すなわち、ul *およびxl *は、下式(27)および下式(28)のように表される。
[Liquid phase]
In the MPS method, in the time integration process of the equation of motion of the liquid phase, the SMAC method (refer to the publicly known technical literature of AAAmsden and FH Harlow: A Simplified MAC Technique for Incompressible Fluid Flow Calculations. J. Comp. Phys. 6, 322 (1970)). A two-stage solution is used, which is a semi-implicit algorithm similar to. Here, calculation of the flow at time step n will be described (steps ST21 to ST29). The first stage is the explicit process, the gravity term (step ST22), viscosity term (step ST23) and the fluid force based on (step ST24), the position of the bold u l * and temporary speed of the temporary particles X l * is obtained (step ST25). That is, u l * and x l * are expressed as in the following formula (27) and the following formula (28).
陽的なプロセスが終了した段階の粒子数密度n*は、初期の粒子数密度n0になっていないので、質量保存則が満たされない。そこで、第2段階では、圧力項と粒子数密度で記述された質量保存則から導かれた圧力のポアッソン方程式を陰的に計算して、圧力を更新する(ステップST26〜ステップST28)。ポアッソン方程式は、下式(29)のように表される。 Since the particle number density n * at the stage where the explicit process is completed is not the initial particle number density n 0 , the law of conservation of mass is not satisfied. Therefore, in the second stage, the pressure is updated by implicitly calculating the Poisson equation of the pressure derived from the law of conservation of mass described by the pressure term and the particle number density (step ST26 to step ST28). The Poisson equation is expressed as the following equation (29).
速度の修正量は、下式(30)のように表される。 The speed correction amount is expressed by the following equation (30).
修正後の速度と位置は、それぞれ、下式(31)と下式(32)のようになる。 The corrected speed and position are expressed by the following formula (31) and the following formula (32), respectively.
粒子数密度は、下式(33)となる。
したがって、時間ステップn+1のものは、n0と一致する。
液相の計算を行うにあたり、時間刻みΔtは、下式(34)を満たすように設定する。
Therefore, what time step n + 1, consistent with n 0.
In calculating the liquid phase, the time step Δt is set so as to satisfy the following equation (34).
ここで、z0、Crmaxおよびumaxは、初期粒子間距離、クーラン数の上限値および流体速度の最大値である。 Here, z 0 , Cr max and u max are the initial interparticle distance, the upper limit value of the Courant number, and the maximum value of the fluid velocity.
[固相]
固相の時間ステップnにおける流れの計算については、液相の時間ステップnにおける流れの計算と対応している(ステップST31〜ステップST39)。
DEMの計算プロセスについて述べる。固相の運動方程式を計算するにあたり、式(4)で示した流体力、粒子-粒子間接触力および外力に基づいた加速度および角加速度を求め、粒子の仮の速度、仮の位置、角速度および角度変位を、それぞれ、下式(35)〜下式(38)のように陽的に計算する。
[Solid phase]
The calculation of the flow at the time step n of the solid phase corresponds to the calculation of the flow at the time step n of the liquid phase (steps ST31 to ST39).
The calculation process of DEM is described. In calculating the equation of motion of the solid phase, the acceleration and angular acceleration based on the fluid force, particle-particle contact force and external force shown in Equation (4) are obtained, and the temporary velocity, temporary position, angular velocity and The angular displacement is calculated explicitly as in the following formula (35) to the following formula (38), respectively.
ただし、太字us *およびxs *は、式(31)および式(32)と同様に、液相の第2段階の結果を使って、下式(39)および下式(40)のように修正される。 However, the bold letters u s * and x s * are expressed by the following equations (39) and (40) using the results of the second phase of the liquid phase, as in equations (31) and (32). To be corrected.
DEMの粗視化モデルにおけるΔtは、下式(41)となり、オリジナル粒子体系のものと同じになる。安定に解析できるように時間刻みを設定する必要がある。 Δt in the coarse-grained model of DEM is the following formula (41), which is the same as that of the original particle system. It is necessary to set the time step so that it can be analyzed stably.
続いて、図11および図12を参照して本手法を適用したシミュレーション結果について説明する。
図11は、本発明の実施の形態における固液混相流の解析体系の初期配置を示す図である。図12は、本発明の実施の形態における固体粒子の凝集の状態を示すシミュレーション結果である。なお、図11および図12において、符号20は周期境界線を、符号21は粗子化した固体粒子を、符号22はオリジナルの固体粒子を示す。
図11に示すように初期配置された固体粒子に対して、液相の流れを矢印の方向(図11おいて紙面左側から右側に向かう方向)与えると、固体粒子は図12(b)に示すように凝集することが確認された。したがって本手法を適用することにより、図12(b)に示す粗子化した固体粒子の凝集状態は、図12(a)に示すオリジナルの固体粒子の凝集状態を定性的に模擬することが可能となる。
Subsequently, a simulation result to which the present method is applied will be described with reference to FIGS. 11 and 12.
FIG. 11 is a diagram showing an initial arrangement of a solid-liquid mixed phase flow analysis system in the embodiment of the present invention. FIG. 12 is a simulation result showing a state of aggregation of solid particles in the embodiment of the present invention. 11 and 12,
When the liquid phase flow is given to the solid particles initially arranged as shown in FIG. 11 in the direction of the arrow (the direction from the left side to the right side in FIG. 11), the solid particles are shown in FIG. Aggregation was confirmed. Therefore, by applying this method, the aggregation state of the coarse solid particles shown in FIG. 12B can qualitatively simulate the aggregation state of the original solid particles shown in FIG. It becomes.
したがって、上述の本実施形態によれば、液相であるガラスと固相である複数の白金族粒子とからなる固液混相流の状態を示す解析対象データに離散要素法に基づく演算処理をコンピュータを用いて施すことにより上記複数の白金族粒子の挙動を解析するシミュレーション方法であって、上記白金族粒子のいくつかで構成される群を粒子径が上記白金族粒子の粒子径よりも大きな粗視化粒子としてモデル化する粗視化処理を上記解析対象データに施す粗視化モデル生成工程を有し、該粗視化モデル生成工程によって得られた粗視化モデルデータに上記離散要素法に基づく演算処理を施すという構成を採用することによって、白金族粒子の群をモデル化し、計算上大きな粗視化粒子を用いて白金族粒子体系を模擬するため、実際よりも少ない粒子数でガラス溶融炉内の白金族粒子の挙動を解析することが可能となる。
したがって、本実施形態では、現実的な時間でガラス溶融炉内の全ての白金族粒子の挙動を模擬することができるシミュレーション方法を提供できる効果がある。
Therefore, according to the above-described embodiment, the calculation processing based on the discrete element method is applied to the analysis target data indicating the state of the solid-liquid mixed phase flow including the liquid phase glass and the solid phase plural platinum group particles. A simulation method for analyzing the behavior of the plurality of platinum group particles by applying a coarse particle having a particle size larger than the particle size of the platinum group particles. A coarse-grained model generation step for performing coarse-graining processing on the data to be analyzed, which is modeled as visualized particles, and the coarse-grained model data obtained by the coarse-grained model generation step is converted into the discrete element method. By adopting a configuration that performs arithmetic processing based on the model, a group of platinum group particles is modeled, and the coarser particles in the calculation are used to simulate the platinum group particle system. It is possible to analyze the behavior of the platinum group particles in the glass melting furnace in a few.
Therefore, this embodiment has an effect of providing a simulation method that can simulate the behavior of all platinum group particles in the glass melting furnace in a realistic time.
また、本実施形態は、上記粗視化モデル生成工程で、上記固液混相流において粒子径の大きさに依存して作用する流体力、接触力、付着力(ファンデルワールス力)および斥力(電気二重層力)を、粒子径の大きな上記粗視化粒子と上記粗視化粒子を構成する粒子径の小さな複数の上記白金族粒子との間で一致させるモデル化を施すことによって、粒子径の大きさに依存して作用する所定の力を白金族粒子の群と粗視化粒子との間でバランスをとることで、実際の白金族粒子の挙動を粗視化粒子で精度良く模擬することが可能となる。 In the present embodiment, in the coarse-grained model generation step, fluid force, contact force, adhesion force (Van der Waals force) and repulsive force (depending on the size of the particle diameter in the solid-liquid mixed phase flow) By applying modeling to match the electric double layer force) between the coarse-grained particles having a large particle diameter and a plurality of the platinum group particles having a small particle diameter constituting the coarse-grained particles, The behavior of the actual platinum group particles can be accurately simulated with the coarse-grained particles by balancing the predetermined force acting depending on the size of the platinum group particles and the coarse-grained particles. It becomes possible.
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring drawings, this invention is not limited to the said embodiment. Each configuration, combination, and the like shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、上述した本実施形態では、本粗視化モデルを、固相をラグランジュ的手法で、液相をラグランジュ的手法で計算するラグランジュ・ラグランジュ的手法に適用したが、液相をオイラー的手法で計算するオイラー・ラグランジュ的手法にも適用することができる。
また、例えば、上述した本実施形態では、液相にMPS法を適用したが、液相にSPH法、有限差分法、有限体積法等を適用してもよい。
For example, in the above-described embodiment, the coarse-grained model is applied to a Lagrangian-Lagrange method in which a solid phase is calculated by a Lagrangian method and a liquid phase is calculated by a Lagrangian method. It can also be applied to the Euler-Lagrange method of calculation.
For example, in the above-described embodiment, the MPS method is applied to the liquid phase, but the SPH method, the finite difference method, the finite volume method, or the like may be applied to the liquid phase.
また、例えば、上述した本実施形態では、粗視化モデル生成工程で、上記固液混相流において粒子径の大きさに依存して作用する流体力、接触力、付着力(ファンデルワールス力)および斥力(電気二重層力)を、粒子径の大きな上記粗視化粒子と上記粗視化粒子を構成する粒子径の小さな複数の上記白金族粒子との間で一致させるモデル化を施すと説明したが、ここにさらにランダム力を加える構成であってもよい。ランダム力(R2)は、下式(42)のように表される。 Further, for example, in the above-described embodiment, in the coarse-grained model generation step, fluid force, contact force, and adhesion force (Van der Waals force) acting depending on the particle size in the solid-liquid mixed phase flow. And the repulsive force (electric double layer force) is explained to be modeled to match the coarse-grained particles having a large particle diameter and the plural platinum group particles having a small particle diameter constituting the coarse-grained particles. However, the structure which adds a random force here may be sufficient. The random force (R 2 ) is expressed as in the following formula (42).
ここで、ξは、ストークス抵抗係数である。 Here, ξ is a Stokes resistance coefficient.
1…シミュレーション装置、ST1…ステップ(粗視化モデル生成工程) 1 ... simulation apparatus, ST1 ... step (coarse-grained model generation process)
Claims (12)
前記白金族粒子のいくつかで構成される群を粒子径が前記白金族粒子の粒子径よりも大きな粗視化粒子としてモデル化する粗視化処理を前記解析対象データに施す粗視化モデル生成工程を有し、
該粗視化モデル生成工程によって得られた粗視化モデルデータに前記離散要素法に基づく演算処理を施すことを特徴とするシミュレーション方法。 A plurality of platinum groups are obtained by performing arithmetic processing based on a discrete element method on data to be analyzed indicating a state of a solid-liquid mixed phase flow composed of a glass that is a liquid phase and a plurality of platinum group particles that are a solid phase. A simulation method for analyzing the behavior of particles,
Coarse-grained model generation for subjecting the analysis target data to a coarse-grained process for modeling a group composed of some of the platinum-group particles as coarse-grained particles having a particle size larger than that of the platinum-group particles Having a process,
A simulation method characterized by performing arithmetic processing based on the discrete element method on the coarse-grained model data obtained by the coarse-grained model generation step.
前記白金族粒子のいくつかで構成される群を粒子径が前記白金族粒子の粒子径よりも大きな粗視化粒子としてモデル化する粗視化処理を前記解析対象データに施す粗視化モデル生成手段を有し、
該粗視化モデル生成手段によって得られた粗視化モデルデータに前記離散要素法に基づく演算処理を施すことを特徴とするシミュレーション装置。 A plurality of platinum groups are obtained by performing arithmetic processing based on a discrete element method on data to be analyzed indicating a state of a solid-liquid mixed phase flow composed of a glass that is a liquid phase and a plurality of platinum group particles that are a solid phase. A simulation device for analyzing the behavior of particles,
Coarse-grained model generation for subjecting the analysis target data to a coarse-grained process for modeling a group composed of some of the platinum-group particles as coarse-grained particles having a particle size larger than that of the platinum-group particles Having means,
A simulation apparatus characterized by performing arithmetic processing based on the discrete element method on the coarse-grained model data obtained by the coarse-grained model generation means.
In the coarse-grained model generation means, the platinum group particles and the coarse-grained particles are modeled in a spherical shape, and the coarse-grained particles have a particle size L times larger than the platinum-group particles, In the case where the particles are composed of L 3 platinum group particles, the electric double layer force acting on the coarse-grained particles is defined as Fe i and acts on each of the platinum group particles constituting the coarse-grained particles. When the electric double layer force is F e O ,
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