JP2013210918A - Particle behavior simulation device, particle behavior simulation method, control program and recording medium - Google Patents

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智成 児林
Naoki Shimada
直樹 島田
Toshitsugu Tanaka
敏嗣 田中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize particle behavior simulation capable of shortening a calculation time under the consideration of the influence of an adhesive force.SOLUTION: A particle behavior simulation device 10 comprises: a contact force specification unit 13 for determining a corrected contact force using a corrected spring constant kd smaller than a spring constant kr when a contact force is expressed as a non-linear spring model; and a behavior calculation unit 12 for calculating the behaviors of particles using the corrected contact force as a contact force and a corrected adhesive force Fad which is set to a value smaller than an adhesive force Far according to the ratio between the spring constant kr and the spring constant kd as an adhesive force.

Description

本発明は、多数の粒子の挙動を予測する粒子挙動シミュレーションに関する。   The present invention relates to a particle behavior simulation for predicting the behavior of a large number of particles.

化学合成プロセスにおいて、気体から反応生成物を得る触媒反応装置として、流動層装置が広く用いられている。流動層装置は、処理容器内に粉体等を入れておき、粉体の下部から処理容器内に気体を吹き込むことで、粉体を流動化させる装置である。例えば、流動層装置の処理容器内に触媒粒子を入れておき、処理容器の下部から原料ガスを供給し、流動化状態の触媒粒子と原料ガスとを効率よく接触させることによって、ガス状の反応生成物を得ることができる。   In a chemical synthesis process, a fluidized bed apparatus is widely used as a catalytic reaction apparatus for obtaining a reaction product from a gas. The fluidized bed apparatus is an apparatus that fluidizes powder by putting powder or the like in a processing container and blowing gas into the processing container from the lower part of the powder. For example, by putting catalyst particles in a processing container of a fluidized bed apparatus, supplying a raw material gas from the lower part of the processing container, and efficiently bringing the fluidized catalyst particles into contact with the raw material gas, a gaseous reaction A product can be obtained.

効率よく反応を起こさせる流動層装置を設計するため、または触媒粒子の量および気体の流量等のよりよい条件を見つけるために、流動層における粒子の挙動をシミュレーションすることが重要である。   It is important to simulate the behavior of the particles in the fluidized bed in order to design a fluidized bed apparatus that efficiently reacts or to find better conditions such as the amount of catalyst particles and gas flow rate.

このような流動層触媒反応に用いられる触媒粒子としては、平均粒径が30〜150μmで、密度が700〜2500kg/m3程度の粒子、いわゆるGeldart線図においてA粒子に分類される粒子が広く用いられている。Geldart線図における粒子の分類は、流動層の粒子の流動化状態を予測する指標となる。Geldart線図においてA粒子に分類される粒子を触媒粒子として用いれば、流動層が小さい気泡を形成するので、反応効率を高くすることができる。 As the catalyst particles used for such fluidized bed catalytic reaction, particles having an average particle diameter of 30 to 150 μm and a density of about 700 to 2500 kg / m 3 , particles classified as A particles in the so-called Geldart diagram are widely used. It is used. The classification of the particles in the Geldart diagram is an index for predicting the fluidized state of the particles in the fluidized bed. If particles classified as A particles in the Geldart diagram are used as the catalyst particles, the fluidized bed forms small bubbles, so that the reaction efficiency can be increased.

流動層におけるこのような粒子の挙動をシミュレーションする方法の1つに、離散要素法(個別要素法:DEM:Discrete Element Method)がある。離散要素法を用いた数値解析では、分割された時間刻み毎に、各粒子に作用する力に基づいて各粒子に対して運動方程式を計算し、時刻を時間ステップだけ進めた次の時刻における粒子の状態を数値計算によって求める。そして、時間刻み毎の計算を繰り返し、粒子の挙動を求める。ある粒子に作用する力としては、他の粒子または処理容器の内壁との衝突による反発を表す接触力、粒子の周囲の気体(流体)から受ける流体力、他の粒子または処理容器の内壁との間に働く付着力、および重力等がある。   One method for simulating the behavior of such particles in a fluidized bed is the discrete element method (DEM: Discrete Element Method). In the numerical analysis using the discrete element method, for each divided time step, the equation of motion is calculated for each particle based on the force acting on each particle, and the particle at the next time is advanced by the time step. Is obtained by numerical calculation. Then, the calculation for each time step is repeated to determine the behavior of the particles. The force acting on a certain particle includes contact force indicating repulsion due to collision with another particle or the inner wall of the processing container, fluid force received from a gas (fluid) around the particle, other particle or inner wall of the processing container There are adhesion force working between, gravity and so on.

離散要素法において、シミュレーションの時間刻みの幅(時間ステップ)が小さければ、精度のよいシミュレーション結果を得ることができる。しかしながら、時間ステップを小さくすると、所定の時間(例えば1秒間)の粒子の挙動を求めるための計算量が多くなる。そのため、シミュレーションにかかる計算時間が長くなる。時間ステップを大きくすれば計算時間を短くすることができるが、一方で、計算を安定に行う(妥当なシミュレーション結果を得る)ための時間ステップには上限がある。   In the discrete element method, if the time interval (time step) of the simulation is small, an accurate simulation result can be obtained. However, if the time step is reduced, the amount of calculation for obtaining the behavior of the particles for a predetermined time (for example, 1 second) increases. For this reason, the calculation time required for the simulation becomes long. If the time step is increased, the calculation time can be shortened. On the other hand, there is an upper limit to the time step for performing the calculation stably (obtaining a reasonable simulation result).

非特許文献1には、粒子の衝突の接触力を表す線形ばねモデルを仮定した場合、妥当なシミュレーション結果を得るための時間ステップの経験的な上限が、ばねの固有振動の周期Tの約1/10であることが記載されている。この場合、半周期T/2が粒子同士の接触時間になるので、粒子同士の接触時間の約1/5が時間ステップの経験的な上限になる。そして、固有振動の周期Tはばね定数kに依存するので、ばね定数が大きな粒子、すなわち硬い粒子の場合、時間ステップを小さくする必要がある。そのため、ばね定数が小さい軟らかい粒子に比べて、硬い粒子のシミュレーションは、計算時間が長くなる。   In Non-Patent Document 1, when a linear spring model representing the contact force of particle collision is assumed, the empirical upper limit of the time step for obtaining a reasonable simulation result is about 1 of the natural vibration period T of the spring. / 10. In this case, since the half cycle T / 2 is the contact time between the particles, about 1/5 of the contact time between the particles is an empirical upper limit of the time step. Since the period T of the natural vibration depends on the spring constant k, it is necessary to reduce the time step for particles having a large spring constant, that is, hard particles. Therefore, the simulation time of hard particles is longer than that of soft particles having a small spring constant.

社団法人日本粉体工業技術協会、「流動層ハンドブック」、株式会社培風館、1999年3月25日、p.125-144Japan Powder Industrial Technology Association, “Fluidized Bed Handbook”, Baifukan Co., Ltd., March 25, 1999, p.125-144 田中敏嗣、石田俊哉、辻裕、「水平管内粒状体プラグ流の直接数値シミュレーション(付着力がない場合)」、日本機械学会論文集(B編)、57巻、534号、1991年、p.456-463Toshiaki Tanaka, Toshiya Ishida, and Yutaka Ishida, “Direct Numerical Simulation of Granular Plug Flow in a Horizontal Pipe (Without Adhesive Force)”, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (Part B), 57, 534, 1991 456-463

線形ばねの代わりにヘルツ接触モデルを適用してシミュレーションを行う場合でも同様に、ばね定数が大きな硬い粒子の場合、粒子同士の接触時間が短くなるため、時間ステップを小さくする必要がある。   Similarly, in the case of performing the simulation by applying the Hertz contact model instead of the linear spring, in the case of hard particles having a large spring constant, the contact time between the particles is shortened, and therefore the time step needs to be reduced.

しかしながら、Geldart線図においてA粒子に分類される粒子のように、粒子径が小さい場合、ファンデルワールス力および液架橋力等に起因する粒子同士の付着力が大きくなり、付着力の影響が無視できなくなる。付着力とは、粒子が他の粒子または処理容器の内壁等と近接した場合に受ける引力である。付着力が大きく、付着力の影響が無視できない系において、本来のばね定数よりもばね定数を小さく設定して時間ステップを長くすると、シミュレーションの精度が悪くなり、妥当な結果が得られないという問題がある。そのため、付着力の影響を無視できない系では、シミュレーションの計算に長い時間がかかっていた。   However, when the particle size is small, such as particles classified as A particles in the Geldart diagram, the adhesion force between particles due to van der Waals force and liquid cross-linking force increases, and the influence of adhesion force is ignored. become unable. The adhesion force is an attractive force that is applied when a particle comes close to another particle or the inner wall of the processing container. In systems where the adhesion force is large and the influence of the adhesion force cannot be ignored, if the spring constant is set smaller than the original spring constant and the time step is lengthened, the accuracy of the simulation deteriorates and a reasonable result cannot be obtained. There is. For this reason, in the system in which the influence of adhesion force cannot be ignored, it takes a long time to calculate the simulation.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、付着力の影響を考慮しながら、離散要素法を用いて複数の粒子の挙動を計算する時間を短縮することができる粒子挙動シミュレーションを実現することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to reduce the time for calculating the behavior of a plurality of particles using the discrete element method while considering the influence of adhesion force. It is to realize a particle behavior simulation that can be performed.

本発明に係る粒子挙動シミュレーション装置は、離散要素法を用いて複数の粒子の挙動を予測する粒子挙動シミュレーション装置であって、上記の課題を解決するために、粒子同士が接触しているときに上記粒子に働く接触力を非線形ばねモデルで表した場合のばね定数をkrとし、粒子同士の付着力をFarとしたとき、上記ばね定数krより小さい修正ばね定数kdを用いて、上記非線形ばねモデルに基づいた修正接触力を求める接触力特定部と、接触力として、上記修正接触力を用い、かつ、付着力として、上記ばね定数krと上記修正ばね定数kdとの比に応じて上記付着力Farより値を小さくした修正付着力Fadを用いて、離散要素法によって粒子の挙動を計算する挙動計算部とを備えることを特徴としている。   A particle behavior simulation apparatus according to the present invention is a particle behavior simulation apparatus that predicts the behavior of a plurality of particles using a discrete element method, and when the particles are in contact with each other in order to solve the above problem When the spring force when the contact force acting on the particles is expressed by a nonlinear spring model is kr and the adhesion force between the particles is Far, the nonlinear spring model is used by using a modified spring constant kd smaller than the spring constant kr. A contact force specifying unit for obtaining a corrected contact force based on the above, and using the corrected contact force as the contact force, and the adhesion force depending on the ratio of the spring constant kr and the corrected spring constant kd as the adhesion force It is characterized by comprising a behavior calculation unit that calculates the behavior of particles by a discrete element method using a modified adhesion force Fad having a value smaller than Far.

本発明に係る粒子挙動シミュレーション方法は、離散要素法を用いて複数の粒子の挙動を予測する粒子挙動シミュレーション方法であって、粒子同士が接触しているときに上記粒子に働く接触力を非線形ばねモデルで表した場合のばね定数をkrとし、粒子同士の付着力をFarとしたとき、シミュレーション装置の接触力特定部が、上記ばね定数krより小さい修正ばね定数kdを用いて、上記非線形ばねモデルに基づいた修正接触力を求める接触力特定ステップと、上記シミュレーション装置の挙動計算部が、接触力として、上記修正接触力を用い、かつ、付着力として、上記ばね定数krと上記修正ばね定数kdとの比に応じて上記付着力Farより値を小さくした修正付着力Fadを用いて、離散要素法によって粒子の挙動を計算する挙動計算ステップとを含むことを特徴としている。   The particle behavior simulation method according to the present invention is a particle behavior simulation method for predicting the behavior of a plurality of particles using a discrete element method, and the contact force acting on the particles when the particles are in contact with each other is a non-linear spring. When the spring constant when expressed by the model is kr and the adhesion force between the particles is Far, the contact force specifying unit of the simulation apparatus uses the modified spring constant kd smaller than the spring constant kr, and the nonlinear spring model. The contact force specifying step for obtaining a corrected contact force based on the above and the behavior calculation unit of the simulation apparatus use the corrected contact force as the contact force and the spring constant kr and the corrected spring constant kd as the adhesive force. The behavior of the particles is calculated by the discrete element method using the modified adhesion force Fad that is smaller than the adhesion force Far according to the ratio of It is characterized by including the behavior calculation step.

上記の構成によれば、ばね定数krより小さい修正ばね定数kdを用いて修正接触力を特定し、修正接触力を用いて離散要素法によって粒子の挙動を計算する。よって、粒子同
士の接触時間が長くなるので、時間ステップを長くし、挙動計算に要する時間を短縮することができる。また、挙動計算において、修正ばね定数kdを用いると同時に、ばね定数krと修正ばね定数kdとの比に応じて付着力Farより値を小さくした修正付着力Fadを用いる。そのため、付着力を考慮すべき粒子系について、挙動計算に要する時間を短縮しながら、妥当なシミュレーション結果を得ることができる。
According to the above configuration, the corrected contact force is specified using the corrected spring constant kd smaller than the spring constant kr, and the behavior of the particles is calculated by the discrete element method using the corrected contact force. Therefore, since the contact time between particles becomes long, the time step can be lengthened and the time required for behavior calculation can be shortened. In the behavior calculation, the corrected spring constant kd is used, and at the same time, the corrected adhesive force Fad having a value smaller than the adhesive force Far is used according to the ratio of the spring constant kr and the corrected spring constant kd. Therefore, it is possible to obtain a reasonable simulation result while reducing the time required for the behavior calculation for the particle system for which the adhesion force should be considered.

なお、粒子に働く接触力を表す非線形ばねモデルは、ヘルツ接触モデルでもよい。また、上記挙動計算部は、粒子同士の付着力を、粒子同士が所定の距離より近接しているときのみに粒子に働く力として扱ってもよい。   The nonlinear spring model representing the contact force acting on the particles may be a Hertz contact model. Further, the behavior calculation unit may treat the adhesion force between particles as a force acting on the particles only when the particles are closer than a predetermined distance.

また、上記修正付着力Fadと上記付着力Farとの比が、上記修正ばね定数kdと上記ばね定数krとの比の2/5乗とほぼ同じになるようにしてもよい。   The ratio between the corrected adhesion force Fad and the adhesion force Far may be approximately the same as the 2 / 5th power of the ratio between the corrected spring constant kd and the spring constant kr.

上記の構成によれば、小さい修正ばね定数kdを用いて挙動を計算しても、粒子同士の衝突後に、2つの粒子が付着したままになるか、離れていくかの閾値となる速度vcが変化しない。よって、小さい修正ばね定数kdを用いて挙動を計算しても、粒子の挙動が変化しない。そのため、付着力を考慮すべき粒子系について、挙動計算に要する時間を短縮しながら、妥当なシミュレーション結果を得ることができる。   According to the above configuration, even when the behavior is calculated using a small corrected spring constant kd, the velocity vc that is a threshold value for whether two particles remain attached or leave after the collision between the particles is obtained. It does not change. Therefore, even if the behavior is calculated using a small correction spring constant kd, the behavior of the particles does not change. Therefore, it is possible to obtain a reasonable simulation result while reducing the time required for the behavior calculation for the particle system for which the adhesion force should be considered.

また、上記修正付着力Fadは、条件として、後述の式(23)を満たすようにしてもよい。   Moreover, you may make it the said correction | amendment adhesive force Fad satisfy | fill the below-mentioned Formula (23) as conditions.

上記の構成によれば、修正付着力Fadの値は、修正ばね定数kdをばね定数krで除したものの2/5乗に付着力Farを乗じた値の、0.7倍から1.3倍までの範囲になる。   According to the above configuration, the value of the corrected adhesive force Fad is 0.7 times to 1.3 times the value obtained by dividing the corrected spring constant kd by the spring constant kr and multiplying the 2/5 power by the adhesive force Far. It becomes the range.

このように、修正付着力Fadが、修正ばね定数kdをばね定数krで除したものの2/5乗に付着力Farを乗じた値から少しずれてもよい。   As described above, the corrected adhesion force Fad may be slightly deviated from the value obtained by multiplying the 2/5 power of the corrected spring constant kd by the spring constant kr and the adhesion force Far.

また、上記修正付着力Fadと上記付着力Farとの比が、上記修正ばね定数kdと上記ばね定数krとの比の2/5乗と同じオーダーになるようにしてもよい。   The ratio between the corrected adhesion force Fad and the adhesion force Far may be the same order as the 2 / 5th power of the ratio between the corrected spring constant kd and the spring constant kr.

また、上記修正ばね定数kdは、上記ばね定数krの0.1倍以下としてもよい。   The corrected spring constant kd may be 0.1 times or less of the spring constant kr.

上記の構成によれば、修正ばね定数kdに応じて時間ステップを長くして、挙動計算に要する時間を短縮することができる。   According to said structure, a time step can be lengthened according to the correction spring constant kd, and the time required for behavior calculation can be shortened.

また、上記付着力Farと上記修正ばね定数kdと上記ばね定数krとに基づき、上記修正付着力Fadと上記付着力Farとの比が、上記修正ばね定数kdと上記ばね定数krとの比の2/5乗と同じになるような上記修正付着力Fadを特定する修正付着力特定部を備える構成であってもよい。   Further, based on the adhesion force Far, the corrected spring constant kd, and the spring constant kr, the ratio of the corrected adhesion force Fad to the adhesion force Far is the ratio of the correction spring constant kd to the spring constant kr. A configuration including a corrected adhesive force specifying unit that specifies the corrected adhesive force Fad that is the same as the 2/5 power may be used.

上記の構成によれば、修正付着力特定部が、小さい修正ばね定数kdを用いて挙動を計算しても粒子の挙動が変化しない修正付着力Fadを特定する。そのため、付着力を考慮すべき粒子系について、挙動計算に要する時間を短縮しながら、妥当なシミュレーション結果を得ることができる。   According to the above configuration, the corrected adhesive force specifying unit specifies the corrected adhesive force Fad that does not change the behavior of the particles even if the behavior is calculated using a small corrected spring constant kd. Therefore, it is possible to obtain a reasonable simulation result while reducing the time required for the behavior calculation for the particle system for which the adhesion force should be considered.

なお、上記粒子挙動シミュレーション装置は、一部をコンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記各部として動作させる制御プログラム、および上記制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に
入る。
The particle behavior simulation apparatus may be partially realized by a computer. In this case, a control program that causes the computer to operate as each unit, and a computer-readable recording medium that records the control program, It falls within the scope of the present invention.

本発明に係る粒子挙動シミュレーション装置は、離散要素法を用いて複数の粒子の挙動を予測する粒子挙動シミュレーション装置であって、粒子同士が接触しているときに上記粒子に働く接触力を非線形ばねモデルで表した場合のばね定数をkrとし、粒子同士の付着力をFarとしたとき、上記ばね定数krより小さい修正ばね定数kdを用いて、上記非線形ばねモデルに基づいた修正接触力を求める接触力特定部と、接触力として、上記修正接触力を用い、かつ、付着力として、上記ばね定数krと上記修正ばね定数kdとの比に応じて上記付着力Farより値を小さくした修正付着力Fadを用いて、離散要素法によって粒子の挙動を計算する挙動計算部とを備えることを特徴としている。   The particle behavior simulation apparatus according to the present invention is a particle behavior simulation apparatus that predicts the behavior of a plurality of particles using a discrete element method, and applies a contact force acting on the particles when the particles are in contact with each other to a nonlinear spring. A contact for obtaining a corrected contact force based on the nonlinear spring model using a corrected spring constant kd smaller than the spring constant kr, when the spring constant in the model is kr and the adhesion force between particles is Far. A corrected adhesive force that uses the corrected contact force as the contact force and the force specifying unit, and has a value that is smaller than the adhesive force Far depending on the ratio of the spring constant kr and the corrected spring constant kd as the adhesive force. And a behavior calculation unit that calculates the behavior of particles by a discrete element method using Fad.

そのため、付着力を考慮すべき粒子系について、挙動計算に要する時間を短縮しながら、妥当なシミュレーション結果を得ることができる。   Therefore, it is possible to obtain a reasonable simulation result while reducing the time required for the behavior calculation for the particle system for which the adhesion force should be considered.

シミュレーションの対象とする流動層装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the fluidized bed apparatus made into the object of simulation. 2つの粒子が衝突する様子を時刻毎に示した図である。It is the figure which showed a mode that two particle | grains collided for every time. 粒子が壁面に衝突した後の2つの状態を示す図である。It is a figure which shows two states after particle | grains collide with a wall surface. 本発明の一実施形態の粒子挙動シミュレーション装置の機能的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the particle behavior simulation apparatus of one Embodiment of this invention. 上記粒子挙動シミュレーション装置の処理を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the process of the said particle behavior simulation apparatus. 本発明の別の実施形態の粒子挙動シミュレーション装置の機能的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the particle behavior simulation apparatus of another embodiment of this invention. 粘性減衰および付着力を考慮した運動方程式に基づいて一粒子の動きを数値計算して、付着した状態を維持する限界の初期相対速度vcがある値になるときの、ばね定数kと付着力Faとをプロットしたグラフである。The motion of one particle is numerically calculated based on the equation of motion in consideration of viscous damping and adhesion force, and the spring constant k and adhesion force Fa when the initial relative velocity vc of the limit for maintaining the adhesion state becomes a certain value. It is the graph which plotted and. 参考例として付着力を一定にしてばね定数のみを変化させた場合の、閾値となる速度vcの値をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the value of speed | rate vc used as a threshold value when only the spring constant is changed by making adhesive force constant as a reference example. ばね定数と付着力とを変化させた場合の、閾値となる速度vcの値をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the value of speed | rate vc used as a threshold value when changing a spring constant and adhesive force.

以下の実施の形態では、主に、流動層装置における粒子の挙動をシミュレーションする場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   In the following embodiment, the case of simulating the behavior of particles in a fluidized bed apparatus will be mainly described, but the present invention is not limited to this.

[実施の形態1]
以下、本実施の形態について、図1〜図5、図7〜図9を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、図1に示す流動層装置における粒子をシミュレーションの対象とする。
[Embodiment 1]
Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5 and FIGS. 7 to 9. In the present embodiment, the particles in the fluidized bed apparatus shown in FIG.

<シミュレーション系>
図1は、流動層装置1の概略構成を示す断面図である。流動層装置1は、処理容器2、分散板3、気体供給口4、および排気口5を備える。分散板3は、処理容器2内の下部に容器内を分割するように水平に配置されており、微細な貫通孔を有する。処理用に2内の分散板3の上には、触媒粒子6が堆積されている。分散板3は、気体を通過させるが触媒粒子6は通過させない。気体供給口4は、処理容器2の分散板3の下部に設けられている。原料ガスは、気体供給口4から処理容器2内に供給され、分散板3の下から堆積した粒子の隙間を通って噴き上げる。原料ガスおよびその反応物とは処理容器2の上部に設けられた排気口5から排出される。
<Simulation system>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the fluidized bed apparatus 1. The fluidized bed apparatus 1 includes a processing container 2, a dispersion plate 3, a gas supply port 4, and an exhaust port 5. The dispersion plate 3 is horizontally arranged at the lower part in the processing container 2 so as to divide the inside of the container, and has fine through holes. Catalyst particles 6 are deposited on the dispersion plate 3 in 2 for processing. The dispersion plate 3 allows gas to pass but does not allow the catalyst particles 6 to pass. The gas supply port 4 is provided below the dispersion plate 3 of the processing container 2. The raw material gas is supplied into the processing container 2 from the gas supply port 4 and spouts up through the gap between the deposited particles from the bottom of the dispersion plate 3. The raw material gas and the reaction product thereof are discharged from an exhaust port 5 provided in the upper part of the processing container 2.

<シミュレーション方法>
離散要素法では、着目する粒子に働く力から、次時刻における粒子の位置および運動状態を計算する。着目する粒子に働く力Fは、次式で与えられる。
<Simulation method>
In the discrete element method, the position and motion state of a particle at the next time are calculated from the force acting on the particle of interest. The force F acting on the target particle is given by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

ここで、Fdは流体力、Fgは重力、Fcは接触力、Faは付着力をそれぞれ表す。 Here, Fd represents fluid force, Fg represents gravity, Fc represents contact force, and Fa represents adhesion force.

流体力Fdは、粒子が吹き上げる気体(原料ガス)から受ける、主に上向きの力である。重力Fgは自重によって粒子に働く力である。接触力Fcは、粒子同士の接触、または粒子と処理容器の内壁(または分散板)との接触による反発力を表す。付着力Faは、粒子が他の粒子または処理容器の内壁と近接または接触した際に受ける、ファンデルワールス力および液架橋力等に起因する引力を表す。流体力Fdおよび重力Fgは、各粒子が常に受ける力である。ただし、流体力Fdは、一定ではなく、位置および周囲の粒子の分布(空間密度)等によって変化する。一方、接触力Fcおよび付着力Faは、例えば粒子が他の粒子または内壁と接触したときにのみ働く。   The fluid force Fd is mainly an upward force received from a gas (raw material gas) blown up by particles. Gravity Fg is a force that acts on particles by their own weight. The contact force Fc represents a repulsive force due to contact between particles or contact between particles and the inner wall (or dispersion plate) of the processing container. The adhesion force Fa represents an attractive force due to van der Waals force, liquid cross-linking force, and the like, which is received when the particle approaches or comes into contact with another particle or the inner wall of the processing container. The fluid force Fd and the gravity Fg are forces that each particle always receives. However, the fluid force Fd is not constant, but varies depending on the position and the distribution (spatial density) of surrounding particles. On the other hand, the contact force Fc and the adhesion force Fa work only when, for example, the particle comes into contact with another particle or the inner wall.

粒子が他の粒子と接触した場合の接触力Fcおよび付着力Faについて、説明する。ここでは、粒子が接触した場合、粒子が弾性変形をして、反発力を受けるモデルを用いて接触力を表す。半径rの粒子同士が衝突した際に粒子が受ける接触力について、接触面の法線方向の力を、弾性反発力を表すばねと、粘性減衰力を表すダッシュポットによって表現する。粘性減衰係数は、粒子の反発係数から決定される。なお、接触面の接線方向の力は、粒子の変形量が小さい場合は、法線方向と同様のばねとダッシュポットの組み合わせによって表現され、粒子の変形量が大きい場合は、滑りを表すための摩擦スライダを用いて表現される。   The contact force Fc and adhesion force Fa when the particles come into contact with other particles will be described. Here, when a particle contacts, the contact force is expressed using a model in which the particle undergoes elastic deformation and receives a repulsive force. Regarding the contact force that the particles having a radius r collide with each other, the force in the normal direction of the contact surface is expressed by a spring representing an elastic repulsion force and a dashpot representing a viscous damping force. The viscous damping coefficient is determined from the particle restitution coefficient. The force in the tangential direction of the contact surface is expressed by a combination of a spring and a dashpot similar to the normal direction when the amount of deformation of the particles is small, and when the amount of deformation of the particles is large, it represents slippage. Expressed using a friction slider.

ヘルツの接触理論を用いた非線形ばねモデル(ヘルツ接触モデル)における法線方向の接触力Fcは、次式で表される。   The contact force Fc in the normal direction in a nonlinear spring model (Hertz contact model) using Hertz's contact theory is expressed by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

ここで、kは粒子の弾性反発力を表す法線方向のヘルツ接触モデルの(非線形ばねの)ばね定数、ηはダッシュポットによる減衰を表す法線方向の粘性減衰係数、xは接触時を基準とした粒子の中心位置の変位、vは粒子の相対速度ベクトル、nは法線方向の単位ベクトルを表す。 Where k is the spring constant of the Hertzian contact model in the normal direction (elastic spring) representing the elastic repulsive force of the particle, η is the viscous damping coefficient in the normal direction representing the damp-pot damping, and x is the reference at the time of contact The displacement of the center position of the particles, v is the relative velocity vector of the particles, and n is the unit vector in the normal direction.

図2は、2つの粒子が衝突する様子を時刻毎に示した図である。ここでは2つの粒子が相対速度の方向に正面衝突する場合を例にとって考える。粒子jに対する粒子iの相対速度をvijとする。時刻t0において、相対速度をvijにて粒子iと粒子jとが接触する。時刻t0における粒子iおよび粒子jの中心(質量中心)間の距離は粒子の半径の2倍である。それから粒子iと粒子jとが衝突により弾性変形して粒子の中心がさらに近づく(時刻t1)。そして、反発力によって互いの粒子ijが相対速度vij’で離れていく(時刻t2)。接触力Fcは、2つの粒子ijが接触して(時刻t0)から2つの粒子ijが離れ始める(時刻t2)まで粒子に働く。   FIG. 2 is a diagram showing how two particles collide at each time. Here, consider a case where two particles collide head-on in the direction of relative velocity. Let vij be the relative velocity of the particle i with respect to the particle j. At time t0, the particle i and the particle j are in contact with each other at a relative speed vij. The distance between the center (mass center) of particle i and particle j at time t0 is twice the radius of the particle. Then, the particle i and the particle j are elastically deformed by the collision, and the center of the particle further approaches (time t1). Then, due to the repulsive force, the particles ij move away at a relative speed vij ′ (time t2). The contact force Fc acts on the particles from when the two particles ij come into contact with each other (time t0) until the two particles ij begin to leave (time t2).

なお、本実施形態では、付着力Faは、粒子同士が接触している間、一定の力で粒子i
jが引き合うように作用すると仮定するモデルを採用する。
In the present embodiment, the adhesion force Fa is a constant force while the particles are in contact with each other.
We adopt a model that assumes that j acts to attract.

付着力を考慮しない場合、本来のばね定数よりある程度小さい修正ばね定数を用いて計算を行っても、妥当なシミュレーション結果を得ることができる。流動層の計算結果に関して、ばね定数の影響は認められないことが確認されている(非特許文献1参照)。   When the adhesion force is not taken into account, a reasonable simulation result can be obtained even if calculation is performed using a modified spring constant that is somewhat smaller than the original spring constant. It has been confirmed that the influence of the spring constant is not recognized on the calculation result of the fluidized bed (see Non-Patent Document 1).

しかしながら、付着力を考慮する場合、単に本来のばね定数より小さい修正ばね定数を用いて計算を行うと、妥当な結果が得られない。接触時間が長くなる分、付着力の力積が大きくなってしまい、粒子の挙動が変化してしまうためである。以下に、付着力の影響について説明する。   However, when the adhesion force is considered, if a calculation is simply performed using a corrected spring constant smaller than the original spring constant, a reasonable result cannot be obtained. This is because, as the contact time becomes longer, the impulse of adhesion becomes larger and the behavior of the particles changes. Below, the influence of adhesive force is demonstrated.

(付着力の影響)
図3は、粒子が壁面に衝突した後の2つの状態を示す図である。付着力と接触力とが働く粒子iが壁面に衝突する場合、衝突時の相対速度vijがある速度vc以下の場合、付着力が勝り、衝突後は粒子iが壁面に付着した状態が維持される(状態A)。相対速度vijがある速度vcより大きい場合、接触力による反発力が勝り、衝突後は粒子iが壁面から速度Vij’で離れていく(状態B)。速度vcは、衝突した後の粒子の状態(挙動)を分ける閾値となる速度である。
(Influence of adhesion)
FIG. 3 is a diagram illustrating two states after the particles collide with the wall surface. When the particle i on which the adhesion force and the contact force act collide with the wall surface, when the relative velocity vij at the time of collision is equal to or less than a certain velocity vc, the adhesion force is superior, and the state where the particle i is adhered to the wall surface is maintained after the collision. (State A). When the relative speed vij is greater than a certain speed vc, the repulsive force due to the contact force prevails, and after the collision, the particle i moves away from the wall surface at the speed Vij ′ (state B). The velocity vc is a velocity serving as a threshold for dividing the state (behavior) of the particles after the collision.

このように、接触力および付着力が、粒子の反発・付着挙動にとって重要な因子である。そこで、接触している粒子と壁面との間に作用する接触力および付着力に着目すると、粒子が壁面と衝突するときの運動量の変化と力積との関係は次式で表される。   Thus, contact force and adhesion force are important factors for the repulsion / adhesion behavior of particles. Therefore, focusing on the contact force and adhesion force acting between the contacting particle and the wall surface, the relationship between the momentum change and impulse when the particle collides with the wall surface is expressed by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

ここで、mは粒子の質量、vijは衝突前の粒子の相対速度、vij’は衝突後の粒子の相対速度、Tcは接触時間、Fcは接触力、Faは付着力を表す。左辺は衝突における粒子の運動量の変化を表し、右辺は衝突において粒子が受けた力積を表す。なお、接触力および付着力の力が働く方向は互いに逆向きである。 Here, m is the mass of the particle, vij is the relative velocity of the particle before the collision, vij 'is the relative velocity of the particle after the collision, Tc is the contact time, Fc is the contact force, and Fa is the adhesion force. The left side represents the change in the momentum of the particle in the collision, and the right side represents the impulse received by the particle in the collision. The directions in which the contact force and the adhesion force work are opposite to each other.

衝突後に粒子が付着した状態を維持する限界の初期相対速度をvcとすると、vij=vcのとき、vij’=0となる。このとき、運動量と力積との関係は次式で表される。   Assuming that vc is a critical initial relative speed at which particles remain attached after the collision, vij ′ = 0 when vij = vc. At this time, the relationship between momentum and impulse is expressed by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

さらに、粒子と壁面とが接触している間に作用する付着力Faが一定であると仮定すると、次式が得られる。 Furthermore, assuming that the adhesion force Fa acting while the particles and the wall surface are in contact is constant, the following equation is obtained.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

一方、ヘルツ接触モデルを適用する場合の、接触力Fcおよび付着力Faを考慮した衝
突における粒子iの運動方程式は、以下で表される。
On the other hand, the equation of motion of the particle i in the collision in consideration of the contact force Fc and the adhesion force Fa when applying the Hertz contact model is expressed as follows.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

ここで、kは粒子の弾性反発力を表すヘルツ接触モデルの(非線形ばねの)ばね定数、ηはダッシュポットによる減衰を表す法線方向の粘性減衰係数、xは接触時を基準とした粒子の中心位置の変位である。ここで、k>0、η>0、Fa>0である。付着力Faまで考慮した上式から、例えば接触時間Tcを解析的に求めるのは困難である。 Where k is the spring constant of the Hertzian contact model (non-linear spring) representing the elastic repulsive force of the particle, η is the viscous damping coefficient in the normal direction representing damping by the dashpot, and x is the particle's relative to the time of contact. This is the displacement of the center position. Here, k> 0, η> 0, and Fa> 0. It is difficult to analytically determine, for example, the contact time Tc from the above equation that takes into account the adhesion force Fa.

そこでまず、粘性減衰および付着力を考慮しない場合の粒子の運動を考える。粘性減衰および付着力を考慮しない場合の衝突における粒子iの運動方程式は、次式で表される。   Therefore, first, let us consider the motion of particles when viscosity damping and adhesion are not considered. The equation of motion of the particle i in the collision when the viscous damping and the adhesion force are not taken into consideration is expressed by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

上式の力が働くとき、ヘルツの接触理論によれば、材質および大きさが等しい2つの球(粒子)が相対速度v0で衝突するときの接触時間Tcは、次式によって表される。 When the force of the above equation works, according to Hertz's contact theory, the contact time Tc when two spheres (particles) of equal material and size collide with each other at a relative velocity v 0 is expressed by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

ここで、ρは粒子密度、νは粒子のポアソン比、Eは粒子のヤング率、Rは粒子半径である。また、衝突の初期条件(t=0)における、粒子iの位置xを0、粒子ijの相対速度をv0とした。上式の定数を省略すると、接触時間Tcを次式のように表すことができる。 Here, ρ is the particle density, ν is the Poisson's ratio of the particle, E is the Young's modulus of the particle, and R is the particle radius. Further, in the initial collision condition (t = 0), the position x of the particle i is 0, and the relative velocity of the particle ij is v 0 . If the constant in the above equation is omitted, the contact time Tc can be expressed as the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

一方、同じ材質の球と壁面とが接触する際の法線方向のばね定数kは、次式で表される。   On the other hand, the spring constant k in the normal direction when the sphere of the same material and the wall surface are in contact is expressed by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

また、参考までに材質および大きさが等しい2つの球(粒子)が接触する際の法線方向のばね定数kは、次式で表される。   For reference, the spring constant k in the normal direction when two spheres (particles) having the same material and size are in contact is expressed by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

式(10)または式(11)の定数を省略すると、いずれの場合でも、ヘルツ接触モデルによるばね定数kを次式のように表すことができる。   If the constant of the formula (10) or the formula (11) is omitted, the spring constant k based on the Hertz contact model can be expressed as the following formula in any case.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

上式と式(9)とにより、接触時間Tcとばね定数kとの関係は次式で表される。 From the above equation and equation (9), the relationship between the contact time Tc and the spring constant k is expressed by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

すなわち、接触時間Tcは、ヘルツ接触モデルのばね定数kの−2/5乗に比例していることが分かる。 That is, it can be seen that the contact time Tc is proportional to the -2 / 5th power of the spring constant k of the Hertz contact model.

一方、ヘルツの接触理論によれば、材質および大きさが等しい2つの球(粒子)が接触する際の最大オーバーラップ量xmaxは、次式によって表される。 On the other hand, according to Hertz's contact theory, the maximum overlap amount x max when two spheres (particles) having the same material and size are in contact is expressed by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

最大オーバーラップ量xmaxは、粒子同士が最も接近したときの粒子同士の半径が重なっている長さを表す。最大オーバーラップ量xmaxは、衝突時をx=0として、粒子同士が最も接近したときの粒子iの変位と言い換えることもできる。 The maximum overlap amount x max represents the length in which the radii of the particles overlap when the particles are closest to each other. The maximum overlap amount x max can be rephrased as the displacement of the particle i when the particles are closest to each other with x = 0 at the time of collision.

式(7)より、粒子同士が最も接近したときの接触力Fcmaxは、最大オーバーラップ量xmaxを用いて以下のように表すことができる。 From equation (7), the contact force Fc max when the particles are closest to each other can be expressed as follows using the maximum overlap amount x max .

Figure 2013210918
Figure 2013210918

式(14)および式(15)より、粒子同士が最も接近したときの(最大の)接触力Fcmaxとばね定数kとの関係は、次式のようになる。 From the equations (14) and (15), the relationship between the (maximum) contact force Fc max and the spring constant k when the particles are closest to each other is as follows.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

また、式(13)より、接触時間Tcとばね定数kとの関係は、次式のようになる。   Further, from the equation (13), the relationship between the contact time Tc and the spring constant k is as follows.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

式(16)および式(17)より、最大の接触力Fcmaxは、ばね定数kの2/5乗に比例し、接触時間Tcは、ばね定数kの−2/5乗に比例することが分かる。すなわち、接触力の力積(式(5)の右辺のFcの積分項)はばね定数kによらず一定とみなすことができる。 From the equations (16) and (17), the maximum contact force Fc max is proportional to the 2 / 5th power of the spring constant k, and the contact time Tc is proportional to the −2 / 5th power of the spring constant k. I understand. That is, the impulse of contact force (the integral term of Fc on the right side of Equation (5)) can be regarded as constant regardless of the spring constant k.

ここで、シミュレーションの計算時間の短縮のために本来のばね定数kよりも小さい修正ばね定数を使用する場合、妥当なシミュレーション結果を得るためには、修正ばね定数を使用しても衝突後の粒子の挙動が変化しないことが重要である。衝突における粒子の挙動(付着するか、離れるか)が変化しなければ、本来のばね定数kより小さい修正ばね定数を使用してシミュレーションを行っても、妥当なシミュレーション結果を得ることができる。すなわち、粒子系の状態を正確にシミュレーションすることができる。そして、小さい修正ばね定数を使用すれば、衝突の接触時間が長くなるので、シミュレーションの計算において時間ステップ(時間刻み)を大きく設定しても、妥当なシミュレーション結果が得られる。時間ステップを大きく設定することで、シミュレーションの計算負荷を小さくすることができる。   Here, when a corrected spring constant smaller than the original spring constant k is used for shortening the calculation time of the simulation, in order to obtain an appropriate simulation result, the particles after the collision are used even if the corrected spring constant is used. It is important that the behavior does not change. If the behavior of particles in the collision (attachment or separation) does not change, a reasonable simulation result can be obtained even if a simulation is performed using a modified spring constant smaller than the original spring constant k. That is, it is possible to accurately simulate the state of the particle system. If a small correction spring constant is used, the contact time of the collision becomes long. Therefore, even if the time step (time step) is set large in the simulation calculation, a reasonable simulation result can be obtained. By setting a large time step, it is possible to reduce the calculation load of the simulation.

ばね定数を変えても衝突後の粒子の挙動が変化しないということは、式(3)の左辺が表す衝突における運動量の変化が変わらないということである。言い換えれば、ばね定数を変えても粒子の挙動が変化する閾値となる相対速度vc(衝突後に粒子が付着した状態を維持する限界の初期相対速度vc)が一定になるようにすればよい。すなわち、式(5)において左辺が一定であるとすると、右辺の接触力の力積(Fcの積分項)はばね定数によらずに一定なので、右辺の付着力の力積もばね定数の変化に関わらず一定にならなければならない。   The fact that the behavior of the particles after the collision does not change even if the spring constant is changed means that the change in the momentum in the collision represented by the left side of Equation (3) does not change. In other words, the relative velocity vc (the limit of the initial relative velocity vc that maintains the state in which particles are attached after the collision) may be constant even if the spring constant is changed. That is, assuming that the left side is constant in Equation (5), the impulse of the contact force on the right side (the integral term of Fc) is constant regardless of the spring constant, so the impulse of the right side adhesive force also changes in the spring constant. Regardless, it must be constant.

すなわち、本来のばね定数kよりも小さい修正ばね定数を使用する場合、次式が成り立つようにしなければならない。   That is, when a modified spring constant smaller than the original spring constant k is used, the following equation must be satisfied.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

上式および式(13)より、次式が得られる。 From the above equation and equation (13), the following equation is obtained.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

ここで、ρ、R、vcは、ばね定数に無関係な定数なので、付着力Faとばね定数kとの関係を表す次式が得られる。 Here, ρ, R, and vc are constants irrelevant to the spring constant, so that the following expression representing the relationship between the adhesion force Fa and the spring constant k is obtained.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

すなわち、本来のばね定数kよりも小さい修正ばね定数を用いてシミュレーションを行う場合、上式に従って付着力Faも小さくしなければならない。さもないと、閾値となる初期相対速度vcが変化し、粒子の付着/反発の挙動が変化してしまう。   That is, when a simulation is performed using a modified spring constant smaller than the original spring constant k, the adhesion force Fa must also be reduced according to the above equation. Otherwise, the initial relative velocity vc serving as a threshold value changes, and the adhesion / repulsion behavior of particles changes.

なお、式(6)のように粘性減衰および付着力を考慮した場合も、粒子の挙動を変化させないようなばね定数と付着力の関係式(式(20))は同様に成り立つ。以下にこれについて説明する。   In addition, even when viscous damping and adhesion force are taken into account as in equation (6), the relational expression (formula (20)) between the spring constant and adhesion force that does not change the behavior of the particles holds in the same manner. This will be described below.

1つの粒子が同じ材質の壁面に衝突した時に粒子に働く力を式(6)とし、時間刻みを細かくして1つの粒子について数値計算を行うことで、ある相対速度v0で衝突した粒子が衝突後に壁面に付着するか、離れるかを計算することができる。それゆえ、付着した状態を維持する限界の初期相対速度vcを求めることができる。 The forces acting on the particles when one particle collides with the wall surface of the same material as the equation (6), by performing numerical calculations for one particle by finely time step, particles which collide at a certain relative velocity v 0 It can be calculated whether it adheres to or leaves from the wall after the collision. Therefore, it is possible to determine the limit initial relative velocity vc for maintaining the attached state.

図7は、粘性減衰および付着力を考慮した運動方程式(式(6))に基づいて一粒子の動きを数値計算して、付着した状態を維持する限界の初期相対速度vcがある値になるときの、ばね定数kと付着力Faとをプロットしたグラフである。プロットした点を曲線でフィッティングすると、Fa=4×10-11×k0.4 の関係が得られた。すなわち、付着した状態を維持する限界の初期相対速度vcが一定になるような、付着力Faとばね定数kとの関係は次式で表される。 FIG. 7 shows a numerical value of the motion of one particle based on the equation of motion (equation (6)) considering the viscous damping and the adhesion force, and the initial initial relative velocity vc for maintaining the adhesion state becomes a certain value. It is the graph which plotted the spring constant k and the adhesion force Fa. When the plotted points were fitted with a curve, a relationship of Fa = 4 × 10 −11 × k 0.4 was obtained. That is, the relationship between the adhesion force Fa and the spring constant k so that the initial relative velocity vc that maintains the adhered state is constant is expressed by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

これは、粘性減衰および付着力を考慮しない場合の関係式(式(20))と一致する。また、参考までに壁面と衝突する際の初期相対速度v0と接触時間Tc2とについて、次式の関係が得られた。 This agrees with the relational expression (formula (20)) when the viscous damping and the adhesion force are not considered. For reference, the following relationship was obtained for the initial relative velocity v 0 and the contact time Tc 2 when colliding with the wall surface.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

これは、粘性減衰および付着力を考慮しない場合の関係式(式(13))と一致する。 This agrees with the relational expression (formula (13)) when the viscous damping and the adhesion force are not considered.

本実施の形態では、ヘルツ接触モデルのばね定数として本来のばね定数krよりも小さい修正ばね定数kdを用いると同時に、付着力として本来の付着力Farよりも小さい修正付着力Fadを用いて、シミュレーションを行う。修正付着力Fadは、粒子の挙動を変えないために、閾値となる速度vcが変化しないように選ぶのが好ましい。すなわち、本来のばね定数krと修正ばね定数kdとの比の2/5乗と、本来の付着力Farと修正付着力Fadとの比とが、ほぼ同じになるように修正付着力Fadを設定する。この関係を式に表せば以下のようになる。   In the present embodiment, a modified spring constant kd smaller than the original spring constant kr is used as the spring constant of the Hertz contact model, and at the same time, a modified adhesion force Fad smaller than the original adhesion force Far is used as the adhesion force. I do. The corrected adhesion force Fad is preferably selected so that the threshold velocity vc does not change so as not to change the behavior of the particles. That is, the corrected adhesive force Fad is set so that the ratio of the original spring constant kr and the corrected spring constant kd to the second power is approximately the same as the ratio of the original adhesive force Far and the corrected adhesive force Fad. To do. This relationship can be expressed as follows.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

上式の関係を満たすような修正ばね定数kdおよび修正付着力Fadを用いれば、閾値となる速度vcが変化しない、すなわち、粒子の付着に関する挙動が変化しないので、妥当なシミュレーション結果を得ることができる。よって、計算に用いるばね定数を小さくすると共に、シミュレーションにおける時間ステップΔtを大きくすることができるので、計算時間を短縮することができる。 If the corrected spring constant kd and the corrected adhesion force Fad satisfying the relationship of the above equation are used, the threshold velocity vc does not change, that is, the behavior related to particle adhesion does not change, so that a reasonable simulation result can be obtained. it can. Therefore, the spring constant used for the calculation can be reduced and the time step Δt in the simulation can be increased, so that the calculation time can be shortened.

図8は、参考例として付着力を一定にしてばね定数のみを変化させた場合の、閾値となる速度vcの値をプロットしたグラフである。ここでは、粘性減衰および付着力を考慮した運動方程式(式(6))に基づいて一粒子の衝突時の動きを数値計算している。なお、粒子として直径60μmのガラスビーズを仮定している。付着力としては、当該ガラスビーズの物性値を用いている。図8によると、付着力を変化させずにばね定数kを変化させた場合(修正ばね定数を使用した場合)、閾値となる速度vcが変わってしまうことが分かる。すなわち、図8に示す結果は、付着力を一定にして修正ばね定数を使用して計算すると、粒子の挙動が変わってしまい、妥当なシミュレーション結果が得られないことを示している。   FIG. 8 is a graph plotting the value of the speed vc serving as a threshold when only the spring constant is changed with the adhesive force being constant as a reference example. Here, the motion at the time of collision of one particle is numerically calculated based on the equation of motion (equation (6)) in consideration of viscous damping and adhesion force. Note that glass beads having a diameter of 60 μm are assumed as particles. As the adhesive force, the physical property values of the glass beads are used. According to FIG. 8, it can be seen that when the spring constant k is changed without changing the adhesive force (when the corrected spring constant is used), the threshold speed vc changes. That is, the result shown in FIG. 8 indicates that if the calculation is performed using the corrected spring constant with the adhesion force kept constant, the behavior of the particles changes, and an appropriate simulation result cannot be obtained.

図9は、式(23)の関係にしたがってばね定数と付着力とを変化させた場合の、閾値となる速度vcの値をプロットしたグラフである。ここでは、粘性減衰および付着力を考慮した運動方程式(式(6))に基づいて一粒子の衝突時の動きを数値計算している。物性値等は図8の場合と同じである。図9によると、式(23)の関係にしたがってばね定数と付着力とを変化させた場合(修正ばね定数と修正付着力とを使用した場合)、閾値となる速度vcは変化しないことが分かる。閾値となる速度vcが変わらなければ、衝突後の粒子の挙動(付着するか、離れるか)は変わらない。すなわち、図9に示す結果は、式(23)の関係にしたがった修正ばね定数および修正付着力を使用して計算すると、粒子の挙動が本来の挙動と変わらず、妥当なシミュレーション結果を得ることができることを示している。   FIG. 9 is a graph plotting the value of the speed vc serving as a threshold when the spring constant and the adhesive force are changed in accordance with the relationship of Expression (23). Here, the motion at the time of collision of one particle is numerically calculated based on the equation of motion (equation (6)) in consideration of viscous damping and adhesion force. The physical property values and the like are the same as in FIG. According to FIG. 9, when the spring constant and the adhesive force are changed according to the relationship of Expression (23) (when the corrected spring constant and the corrected adhesive force are used), it can be seen that the threshold speed vc does not change. . If the threshold velocity vc does not change, the behavior of particles after impact (whether they adhere or leave) does not change. That is, when the result shown in FIG. 9 is calculated using the corrected spring constant and the corrected adhesion force according to the relationship of the equation (23), the behavior of the particles does not change from the original behavior, and an appropriate simulation result is obtained. It shows that you can.

なお、修正ばね定数kdと修正付着力Fadを用いて粒子挙動を計算する本実施の形態のシミュレーション方法は、本来の付着力Farが重力Fgの0.1倍以上である場合に、好適に用いることができる。   Note that the simulation method of the present embodiment for calculating the particle behavior using the corrected spring constant kd and the corrected adhesion force Fad is preferably used when the original adhesion force Far is 0.1 times or more than the gravity Fg. be able to.

(時間ステップ)
妥当なシミュレーション結果を得るための、適切な時間ステップについて、以下に説明する。
(Time step)
The appropriate time steps for obtaining reasonable simulation results are described below.

接触力のモデルとして線形ばねモデルを適用した場合、線形ばね定数をklとすると、粒子の接触時間Tc3は次式で表される。 When a linear spring model is applied as the contact force model, the particle contact time Tc 3 is expressed by the following equation, where the linear spring constant is kl.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

ここで、mは粒子の質量である。 Here, m is the mass of the particles.

線形ばねモデルを適用した流動層の離散要素法シミュレーションにおいて、接触時間Tc3を5分割以上に分割した時間刻みでシミュレーションを行えば、安定かつ妥当な計算結果が得られることが経験的に知られている(非特許文献1参照)。よって、線形ばねモデルの場合の妥当な時間ステップΔtの範囲は、次式で表される。 It is empirically known that in a discrete element method simulation of a fluidized bed using a linear spring model, stable and reasonable calculation results can be obtained if the simulation is performed in time increments in which the contact time Tc 3 is divided into five or more. (See Non-Patent Document 1). Therefore, a reasonable range of time step Δt in the case of the linear spring model is expressed by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

上式を見れば分かるように、時間ステップΔtの上限は、粒子の質量mと線形ばね定数klとに依存し、粒子の質量mが小さいまたは粒子が硬い(線形ばね定数klが大きい)場合、小さくなり、計算時間が長くなる。 As can be seen from the above equation, the upper limit of the time step Δt depends on the particle mass m and the linear spring constant kl, and when the particle mass m is small or the particle is hard (the linear spring constant kl is large), Smaller and longer calculation time.

一方、接触モデルとしてヘルツ接触モデルを適用した場合、粒子の接触時間は、接触時の初期相対速度により変化し、解析的に求めることができない。そこで、次式で示す一自由度振動系を考える。   On the other hand, when the Hertz contact model is applied as the contact model, the contact time of the particles varies depending on the initial relative velocity at the time of contact and cannot be obtained analytically. Therefore, consider a one-degree-of-freedom vibration system expressed by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

この非線形の振動系は、振幅が大きくなるほど振動数が増大する。そのため、時間を刻んだシミュレーション(数値積分)の安定性は、初期条件と時間ステップの長さとに依存する。そこで、実際にシミュレーションを行う粒子系の予想される最大の接触時の初期相対速度v0を仮定して、この振動系(式(26))のシミュレーションを行い、計算が安定的に行える限界の時間ステップを特定することで、妥当な時間ステップを決定することができる(参考:非特許文献2)。なお、限界を求めなくとも、上記振動系のシミュレーションが安定的に行える時間ステップを、実際にシミュレーションを行う粒子系に使用する時間ステップとして採用すればよい。 In this non-linear vibration system, the frequency increases as the amplitude increases. For this reason, the stability of the simulation (numerical integration) with time depends on the initial conditions and the length of the time step. Therefore, assuming the initial expected relative velocity v 0 at the maximum contact of the particle system to be actually simulated, simulation of this vibration system (Equation (26)) is performed, and the limit of the stable calculation is possible. By specifying the time step, an appropriate time step can be determined (reference: Non-Patent Document 2). It should be noted that the time step at which the simulation of the vibration system can be stably performed without determining the limit may be adopted as the time step used for the particle system that actually performs the simulation.

また、接触時間Tcを5分割以上に分割した時間ステップを採用してもよい。上記振動系における粒子の接触時間Tcは、次式で表される。   Moreover, you may employ | adopt the time step which divided | segmented contact time Tc into 5 or more division | segmentation. The particle contact time Tc in the vibration system is expressed by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

ここで、ρは粒子密度、νは粒子のポアソン比、Eは粒子のヤング率、Rは粒子半径である。接触時間Tcは、付着力の影響により長くなる。よって、この接触時間Tcを5分割以上に分割した時間ステップでシミュレーションを行えば、妥当なシミュレーション結果
を得ることができる。よって、ヘルツ接触モデルの場合の妥当な時間ステップΔtの範囲は、次式で表される。
Here, ρ is the particle density, ν is the Poisson's ratio of the particle, E is the Young's modulus of the particle, and R is the particle radius. The contact time Tc becomes longer due to the influence of adhesive force. Therefore, if simulation is performed at time steps obtained by dividing the contact time Tc into five or more, an appropriate simulation result can be obtained. Therefore, a reasonable range of time step Δt in the case of the Hertz contact model is expressed by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

ヘルツ接触モデルを適用する場合のこの非線形の振動系は、衝突の初期相対速度v0が大きいほど、接触時間Tcが短くなる。そのため、予想される最大の接触時の初期相対速度v0を仮定して、そこから得られる予想される最小の接触時間Tcを5分割したものを、時間ステップΔtとしてもよい。 In this nonlinear vibration system when the Hertz contact model is applied, the contact time Tc becomes shorter as the initial relative velocity v 0 of the collision is larger. Therefore, assuming an initial relative velocity v 0 at the maximum expected contact, a time step Δt may be obtained by dividing the predicted minimum contact time Tc obtained therefrom by five.

上述したように、付着力を考慮しない線形ばねモデルの流動層の離散要素法シミュレーションにおいて、実際の粒子の反発を表すばね定数より小さい、修正ばね定数を用いて計算を行っても、問題ないことが知られている。例えば、硬い粒子の衝突において、粒子の弾性変形量が粒子径の数%以内(例えば1%以内)に収まるように線形ばねモデルの修正ばね定数を設定して計算しても、妥当なシミュレーション結果が得られることが経験的に知られている。ヘルツ接触モデルの場合でも、硬い粒子の衝突において、粒子の弾性変形量が粒子径の数%以内(例えば1%以内)に収まるようにヘルツ接触モデルの修正ばね定数を設定して計算すればよい。衝突の際の相対速度には幅があるが、衝突の平均相対速度の場合に、上記条件が満たされるようにしてもよいし、例えば、95%の衝突において、上記条件が満たされるようにしてもよい。また、気体の吹き上げがないときに、堆積した粒子の重さによって一番下の粒子の弾性変形量が粒子径の数%以内に収まるように、ヘルツ接触モデルの修正ばね定数を設定してもよい。このような条件でヘルツ接触モデルの修正ばね定数を設定する場合、硬い粒子であれば、本来のばね定数krの0.1倍以下の値に修正ばね定数kdを設定できる。例えば、ヘルツ接触モデルの修正ばね定数kdが本来のばね定数の0.1倍であれば、時間ステップを約2.5倍(102/5倍)に設定することができる。 As mentioned above, in the discrete element method simulation of the fluidized bed of the linear spring model that does not consider the adhesion force, there is no problem even if the calculation is performed using a modified spring constant smaller than the spring constant that represents the repulsion of the actual particles. It has been known. For example, in the collision of hard particles, even if the calculation is performed by setting the correction spring constant of the linear spring model so that the elastic deformation amount of the particles is within a few percent (for example, within 1%) of the particle diameter, It is empirically known that can be obtained. Even in the case of the Hertz contact model, calculation may be performed by setting the modified spring constant of the Hertz contact model so that the amount of elastic deformation of the particle falls within several percent (for example, within 1%) of the particle diameter in the collision of hard particles. . The relative speed at the time of collision varies, but the above condition may be satisfied in the case of the average relative speed of the collision. For example, the above condition may be satisfied in 95% of the collisions. Also good. In addition, even when the gas is not blown up, the corrected spring constant of the Hertz contact model can be set so that the amount of elastic deformation of the lowermost particle is within a few percent of the particle diameter depending on the weight of the accumulated particles. Good. When the correction spring constant of the Hertzian contact model is set under such conditions, the correction spring constant kd can be set to a value not more than 0.1 times the original spring constant kr for hard particles. For example, if the corrected spring constant kd of the Hertz contact model is 0.1 times the original spring constant, the time step can be set to about 2.5 times (10 2/5 times).

<粒子挙動シミュレーション装置の構成>
図4は、本実施の形態の粒子挙動シミュレーション装置10の機能的構成を示すブロック図である。粒子挙動シミュレーション装置10は、条件入力部11、挙動計算部12、および接触力計算部(接触力特定部)13を備える。
<Configuration of particle behavior simulation device>
FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of the particle behavior simulation apparatus 10 of the present embodiment. The particle behavior simulation apparatus 10 includes a condition input unit 11, a behavior calculation unit 12, and a contact force calculation unit (contact force specifying unit) 13.

条件入力部11は、修正ばね定数取得部14、修正付着力取得部15、および時間ステップ取得部16を備える。条件入力部11は、シミュレーションに必要な各種の条件が記載された設定ファイルを読み込み、シミュレーションの条件の入力を受け付ける。シミュレーションの条件としては、容器の形状、粒子数、粒子径、粒子質量、粒子同士の衝突における修正ばね定数、粒子同士の衝突における修正付着力、粒子同士の衝突における反発係数、分散板の下側から流入する気体の流速(流量)、気体の密度、気体の粘性係数、および時間ステップ等がある。シミュレーションの条件は他にもあるが省略する。なお、条件入力部11は、キーボード等の入力装置を備えて、ユーザから直接シミュレーションの条件の入力を受け付けてもよい。   The condition input unit 11 includes a correction spring constant acquisition unit 14, a correction adhesion acquisition unit 15, and a time step acquisition unit 16. The condition input unit 11 reads a setting file in which various conditions necessary for the simulation are described, and receives an input of simulation conditions. The simulation conditions include the shape of the container, the number of particles, the particle diameter, the particle mass, the corrected spring constant in the collision between particles, the corrected adhesion force in the collision between particles, the restitution coefficient in the collision between particles, the lower side of the dispersion plate There are the flow velocity (flow rate) of the gas flowing in from the gas, the density of the gas, the viscosity coefficient of the gas, and the time step. There are other simulation conditions, but they are omitted. The condition input unit 11 may include an input device such as a keyboard, and may receive an input of simulation conditions directly from the user.

修正ばね定数取得部14は、入力されたシミュレーション条件のうち、修正ばね定数kdおよび粘性減衰係数ηを取得し、修正ばね定数kdおよび粘性減衰係数ηを接触力計算部13に出力する。修正ばね定数kdは、本来のばね定数krより小さい値である。   The corrected spring constant acquisition unit 14 acquires the corrected spring constant kd and the viscous damping coefficient η among the input simulation conditions, and outputs the corrected spring constant kd and the viscous damping coefficient η to the contact force calculation unit 13. The corrected spring constant kd is a value smaller than the original spring constant kr.

修正付着力取得部15は、入力されたシミュレーション条件のうち、修正付着力Fadを取得し、修正付着力Fadを挙動計算部12に出力する。修正付着力Fadは、本来のばね定数krと修正ばね定数kdとの比(の2/5乗)に応じて本来の付着力Farより値を小さくしたものである。   The corrected adhesion force acquisition unit 15 acquires the corrected adhesion force Fad among the input simulation conditions, and outputs the corrected adhesion force Fad to the behavior calculation unit 12. The corrected adhesion force Fad is a value smaller than the original adhesion force Far according to the ratio (2/5) of the original spring constant kr and the correction spring constant kd.

時間ステップ取得部16は、入力されたシミュレーション条件のうち、時間ステップtdを取得し、時間ステップtdを挙動計算部12に出力する。時間ステップtdは、小さくした修正ばね定数kdに応じて値を大きくした時間ステップであり、修正時間ステップと呼ぶことができるものである。修正時間ステップtdは、本来のばね定数krと修正ばね定数kdとの比の平方根に応じて値を大きく設定できる。安定かつ妥当な結果を得るためには、例えば、衝突における粒子の接触時間Tcの1/5以下の時間ステップで計算を行うという条件を満たせばよい。小さい修正ばね定数kdを用いる場合、接触時間Tcは長くなる。   The time step acquisition unit 16 acquires the time step td from the input simulation conditions, and outputs the time step td to the behavior calculation unit 12. The time step td is a time step whose value is increased in accordance with the reduced correction spring constant kd, and can be called a correction time step. The correction time step td can be set to a large value according to the square root of the ratio between the original spring constant kr and the correction spring constant kd. In order to obtain a stable and appropriate result, for example, it is only necessary to satisfy the condition that the calculation is performed in a time step of 1/5 or less of the contact time Tc of the particle in the collision. When a small correction spring constant kd is used, the contact time Tc becomes long.

条件入力部11は、取得したシミュレーションの他の条件についても挙動計算部12に出力する。   The condition input unit 11 outputs other conditions for the acquired simulation to the behavior calculation unit 12.

挙動計算部12は、各シミュレーション条件を用いて、修正時間ステップtd毎に、各時刻における粒子の挙動(位置および運動)の計算を行う。挙動計算部12は、ある時刻tにおいて、各粒子に働く力を求める。ここで、着目する1つの粒子に働く力Fは、次式で表される。   The behavior calculation unit 12 calculates the behavior (position and motion) of particles at each time for each correction time step td using each simulation condition. The behavior calculation unit 12 obtains a force acting on each particle at a certain time t. Here, the force F acting on one particle of interest is expressed by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

挙動計算部12は、着目する粒子が他の粒子(または壁)と接触している(着目する粒子と他の粒子との距離が所定の距離以内である)場合、着目する粒子に働く接触力を求めるために、着目する粒子と他の粒子(または壁)との距離および相対速度を接触力計算部13に出力する。 When the particle of interest is in contact with another particle (or wall) (the distance between the particle of interest and the other particle is within a predetermined distance), the behavior calculation unit 12 has contact force acting on the particle of interest. Is obtained, the distance between the particle of interest and other particles (or walls) and the relative velocity are output to the contact force calculator 13.

接触力計算部13は、着目する粒子と他の粒子との距離および相対速度と、修正ばね定数kdと、粘性減衰係数ηとを用いて、着目する粒子に働く接触力(修正接触力)Fcdを求める。法線方向の修正接触力Fcdは次式で表される。   The contact force calculation unit 13 uses the distance and relative speed between the target particle and other particles, the corrected spring constant kd, and the viscous damping coefficient η, and the contact force (corrected contact force) Fcd that acts on the target particle. Ask for. The corrected contact force Fcd in the normal direction is expressed by the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

接触力計算部13は、算出した着目する粒子に働く修正接触力Fcdを、挙動計算部12に出力する。 The contact force calculation unit 13 outputs the calculated corrected contact force Fcd acting on the target particle to the behavior calculation unit 12.

挙動計算部12は、接触力計算部13から受け取った着目する粒子に働く修正接触力Fcd、および、修正付着力Fad、着目する粒子に働く流体力Fd、重力Fgを用いて、着目する粒子の修正時間ステップtd後の位置および速度を計算する。挙動計算部12は、同様に、全ての粒子について、修正時間ステップtd後の位置および速度を計算する。なお、挙動計算部12は、粒子の運動状態として粒子の自転角速度をさらに求めてもよい。   The behavior calculation unit 12 uses the corrected contact force Fcd applied to the target particle received from the contact force calculation unit 13, the corrected adhesion force Fad, the fluid force Fd applied to the target particle, and the gravity Fg of the target particle. The position and speed after the correction time step td are calculated. Similarly, the behavior calculation unit 12 calculates the position and velocity after the correction time step td for all particles. Note that the behavior calculation unit 12 may further obtain the rotation angular velocity of the particles as the motion state of the particles.

挙動計算部12は、このようにして、修正時間ステップtd毎の各時刻における各粒子の位置および運動を求める。挙動計算部12は、各時刻の各粒子の位置および運動の情報を、記憶装置(図示せず)に出力する。例えば、粒子挙動シミュレーション装置10は、各粒子の位置および運動を、時刻毎に順次表示装置(図示せず)に点や丸で可視化して表示させ、粒子の挙動をユーザに提示してもよい。   In this way, the behavior calculation unit 12 obtains the position and motion of each particle at each time for each correction time step td. The behavior calculation unit 12 outputs the position and motion information of each particle at each time to a storage device (not shown). For example, the particle behavior simulation apparatus 10 may display the position and movement of each particle in a display device (not shown) sequentially with a dot or a circle for each time and display the particle behavior to the user. .

<粒子挙動シミュレーションのフロー>
次に、粒子挙動シミュレーションのパラメータの決定方法および粒子挙動シミュレーション装置10における処理のフローについて説明する。
<Flow of particle behavior simulation>
Next, a parameter determination method for particle behavior simulation and a processing flow in the particle behavior simulation apparatus 10 will be described.

(ばね定数krの特定)
本実施の形態の粒子挙動シミュレーションを行うために、修正ばね定数kdおよび修正付着力Fadが必要になる。そのために、本来のばね定数krおよび本来の付着力Farが必要になる。
(Specification of spring constant kr)
In order to perform the particle behavior simulation of the present embodiment, the corrected spring constant kd and the corrected adhesion force Fad are required. Therefore, the original spring constant kr and the original adhesion force Far are required.

粒子同士が接触しているときに粒子に働く接触力を、非線形ばねによる弾性反発力モデルで表した場合のばね定数krを、以下の手順で求める。   The spring constant kr when the contact force acting on the particles when the particles are in contact with each other is represented by an elastic repulsion model using a non-linear spring is determined by the following procedure.

ヘルツの接触理論によれば、球(粒子)が同じ材質の壁面と衝突するときの法線方向のばね定数は、式(10)で表される。また、材質と大きさが等しい2つの球(粒子)が衝突するときの法線方向のばね定数は、式(11)で表される。すなわち、ヘルツ接触モデルの本来のばね定数krは、粒子のヤング率E、粒子のポアソン比ν、および粒子の半径Rから決定することができる。   According to Hertz's contact theory, the spring constant in the normal direction when a sphere (particle) collides with a wall of the same material is expressed by equation (10). The spring constant in the normal direction when two spheres (particles) having the same size as the material collide with each other is expressed by Expression (11). That is, the original spring constant kr of the Hertzian contact model can be determined from the Young's modulus E of the particle, the Poisson's ratio ν of the particle, and the radius R of the particle.

なお、粘性減衰係数ηは、反発係数の実測値から特定する。   The viscosity damping coefficient η is specified from the measured value of the coefficient of restitution.

(付着力Farの特定)
付着力Farは、実測によって特定することができる。例えば、2つの粒子を押しつけて付着させてから、それを引きはがす際に必要な力を付着力とすることができる。なお、付着力Farを、Hamaker理論等に基づいて特定(仮定)してもよい。
(Specification of adhesive force Far)
The adhesion force Far can be specified by actual measurement. For example, the adhesion force can be a force required to peel two particles against each other and then peel them off. Note that the adhesion force Far may be specified (assumed) based on Hamaker theory or the like.

(修正ばね定数kdの特定)
次に、ばね定数krより小さい修正ばね定数kdを特定(設定)する。上述したように、例えば、硬い粒子の衝突において、粒子の弾性変形量が粒子径の数%以内(例えば3%以内または1%以内)に収まるように修正ばね定数を設定して計算しても、妥当なシミュレーション結果が得られることが経験的に知られている。本実施の形態では、主な衝突による粒子の弾性変形量(図2における時刻t1の距離x(粒子の重なりの距離))が粒子径の1%以内になるように、修正ばね定数kdを設定する。
(Specification of corrected spring constant kd)
Next, a corrected spring constant kd smaller than the spring constant kr is specified (set). As described above, for example, in the collision of hard particles, calculation may be performed by setting a correction spring constant so that the elastic deformation amount of the particles is within several percent (for example, within 3% or within 1%) of the particle diameter. It is empirically known that reasonable simulation results can be obtained. In the present embodiment, the modified spring constant kd is set so that the amount of elastic deformation of the particle due to the main collision (distance x (particle overlap distance) at time t1 in FIG. 2) is within 1% of the particle diameter. To do.

(修正付着力Fadの特定)
次に、上記ばね定数krと上記修正ばね定数kdとの比(の2/5乗)に応じて上記付着力Farより値を小さくした修正付着力Fadを特定する。修正付着力Fadは、式(23)によって求めることができる。
(Specification of corrected adhesive force Fad)
Next, a corrected adhesion force Fad having a value smaller than the adhesion force Far is specified in accordance with the ratio (2/5) of the spring constant kr and the correction spring constant kd. The corrected adhesion force Fad can be obtained by Expression (23).

(修正時間ステップtdの特定)
想定される衝突時の最大の初期相対速度v0を仮定し、計算に用いる修正時間ステップtdを求める。本実施の形態では、衝突における粒子の接触時間Tcの1/5以下を、修正時間ステップtdとする。よって、修正時間ステップtdは、式(28)によって決定される。
(Specification of correction time step td)
Assuming a maximum initial relative velocity v 0 at the time of a collision, a correction time step td used for calculation is obtained. In the present embodiment, 1/5 or less of the particle contact time Tc in the collision is set as the correction time step td. Therefore, the correction time step td is determined by the equation (28).

(粒子挙動の計算)
図5は、粒子挙動シミュレーション装置10の処理を示すフロー図である。
(Calculation of particle behavior)
FIG. 5 is a flowchart showing processing of the particle behavior simulation apparatus 10.

粒子挙動シミュレーション装置10の条件入力部11は、上記のようにして特定した修正ばね定数kd、修正付着力Fadおよび修正時間ステップtdを含むシミュレーションの条件を、取得する(S1)。   The condition input unit 11 of the particle behavior simulation apparatus 10 acquires simulation conditions including the corrected spring constant kd, the corrected adhesion force Fad, and the correction time step td specified as described above (S1).

修正ばね定数取得部14は、修正ばね定数kdおよび粘性減衰係数ηを取得し、接触力計算部13に出力する。   The correction spring constant acquisition unit 14 acquires the correction spring constant kd and the viscous damping coefficient η and outputs them to the contact force calculation unit 13.

修正付着力取得部15は、修正付着力Fadを取得し、挙動計算部12に出力する。   The corrected adhesion force acquisition unit 15 acquires the corrected adhesion force Fad and outputs it to the behavior calculation unit 12.

時間ステップ取得部16は、時間ステップtdを取得し、挙動計算部12に出力する。   The time step acquisition unit 16 acquires the time step td and outputs it to the behavior calculation unit 12.

着目する粒子が他の粒子と接触している場合(S2でYes)、挙動計算部12は、着目する粒子と他の粒子との距離および相対速度を接触力計算部13に出力する(S3)。   When the target particle is in contact with another particle (Yes in S2), the behavior calculation unit 12 outputs the distance and relative velocity between the target particle and the other particle to the contact force calculation unit 13 (S3). .

接触力計算部13は、着目する粒子と他の粒子との距離および相対速度と、修正ばね定数kdと、粘性減衰係数ηとを用いて、式(12)から、着目する粒子に働く接触力(修正接触力)Fcdを求める(S4)。接触力計算部13は、着目する粒子に働く修正接触力Fcdを挙動計算部12に出力する。   The contact force calculation unit 13 uses the distance and relative velocity between the target particle and other particles, the modified spring constant kd, and the viscous damping coefficient η, and the contact force acting on the target particle from Equation (12). (Corrected contact force) Fcd is obtained (S4). The contact force calculation unit 13 outputs the corrected contact force Fcd acting on the target particle to the behavior calculation unit 12.

着目する粒子が他の粒子と接触していない場合(S2でNo)、接触力および付着力は働かない(Fcd=Fad=0)。   When the target particle is not in contact with other particles (No in S2), the contact force and the adhesion force do not work (Fcd = Fad = 0).

S2でNo、またはS4の後、挙動計算部12は、修正接触力Fcd、着目する粒子に働く修正付着力Fad、流体力Fd、および重力Fgを用いて、修正時間ステップtd後における着目する粒子の位置および速度を求める(S5)。   After No in S2 or after S4, the behavior calculation unit 12 uses the corrected contact force Fcd, the corrected adhesion force Fad acting on the target particle, the fluid force Fd, and the gravity Fg, and the target particle after the correction time step td. The position and speed of are determined (S5).

修正時間ステップtd後における位置および速度を求めていない粒子が未だある場合(S6でNo)、残りの粒子に着目してS2〜S5の処理を繰り返す。   If there are still particles for which the position and velocity after the correction time step td have not been obtained (No in S6), the processing of S2 to S5 is repeated focusing on the remaining particles.

ある時刻について全ての粒子について修正時間ステップtd後における位置および速度を求めた場合(S6でYes)、所定の終了時刻(時間刻み)まで計算を行ったか否かを判定する(S7)。ここで、1秒間の粒子の挙動のシミュレーションを行う場合、終了時刻は最初の時刻から1秒後である。   When the positions and velocities after the correction time step td are obtained for all particles at a certain time (Yes in S6), it is determined whether the calculation has been performed up to a predetermined end time (time increment) (S7). Here, when the behavior of the particle behavior for 1 second is performed, the end time is one second after the first time.

所定の終了時刻まで計算していない場合(S7でNo)、修正時間ステップtdだけ時刻を進め、次の時刻における計算(S2〜S6)を繰り返す。   When the calculation has not been performed until the predetermined end time (No in S7), the time is advanced by the correction time step td, and the calculation (S2 to S6) at the next time is repeated.

所定の終了時刻まで計算が完了した場合(S7でYes)、処理を終了する。   When the calculation is completed up to a predetermined end time (Yes in S7), the process ends.

(実施の形態1のまとめ)
本実施の形態によれば、本来のばね定数krより小さい修正ばね定数kdと、それに応じて本来の付着力Farより小さくした修正付着力Fadとを用いて、離散要素法によって粒子の挙動を計算する。よって、小さい修正ばね定数kdに応じて時間ステップを大きくすることができる。そのため、付着力を考慮する場合においても、シミュレーションの計算時間を短くし、かつ、妥当なシミュレーション結果を得ることができる。
(Summary of Embodiment 1)
According to the present embodiment, the particle behavior is calculated by the discrete element method using the corrected spring constant kd smaller than the original spring constant kr and the corrected adhesion force Fad smaller than the original adhesion force Far accordingly. To do. Therefore, the time step can be increased according to the small correction spring constant kd. Therefore, even when the adhesive force is taken into consideration, the simulation calculation time can be shortened and an appropriate simulation result can be obtained.

また、修正付着力Fadは、修正ばね定数kdに応じて小さくなっていればよく、厳密
に式(23)の関係を満たさなくても、ある程度の幅以内であれば、妥当な結果を得ることができる。例えば、修正付着力Fadを、次式の範囲内で設定してもよい。
Further, the corrected adhesion force Fad only needs to be reduced in accordance with the corrected spring constant kd, and a reasonable result can be obtained as long as it is within a certain range even if the relationship of the expression (23) is not strictly satisfied. Can do. For example, the corrected adhesion force Fad may be set within the range of the following equation.

Figure 2013210918
Figure 2013210918

または、修正付着力Fadと付着力Farとの比が、修正ばね定数kdとばね定数krとの比の2/5乗と同じオーダーとなるように、修正付着力Fadを設定してもよい。 Alternatively, the corrected adhesion force Fad may be set so that the ratio between the corrected adhesion force Fad and the adhesion force Far is in the same order as the 2 / 5th power of the ratio between the correction spring constant kd and the spring constant kr.

なお、本実施の形態では、修正接触力のモデルとしてヘルツ接触モデルを仮定している。さらに、接触力として、複数のヘルツ接触モデルのばねを組み合わせた非線形のばねを考慮してもよい。   In this embodiment, a Hertzian contact model is assumed as a model of the corrected contact force. Further, as the contact force, a non-linear spring obtained by combining a plurality of Hertz contact model springs may be considered.

また、上記は粒子同士の衝突について説明したが、粒子と壁との衝突について、別途修正ばね定数、および修正付着力を求めて、計算に用いてもよい。   Moreover, although the above demonstrated the collision of particle | grains, about a collision with particle | grains and a wall, you may obtain | require a correction spring constant and correction adhesion force separately, and may use it for calculation.

[実施の形態2]
以下、本実施の形態について、図6を参照して詳細に説明する。なお、説明の便宜上、実施の形態1にて説明した図面と同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その詳細な説明を省略する。本実施の形態では、図1に示す流動層装置における粒子をシミュレーションの対象とする。
[Embodiment 2]
Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. For convenience of explanation, members / configurations having the same functions as those in the drawings described in the first embodiment are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted. In the present embodiment, the particles in the fluidized bed apparatus shown in FIG.

<粒子挙動シミュレーション装置の構成>
図6は、本実施の形態の粒子挙動シミュレーション装置20の機能的構成を示すブロック図である。粒子挙動シミュレーション装置20は、条件入力部21、挙動計算部12、接触力計算部(接触力特定部)13、および修正付着力特定部22を備える。
<Configuration of particle behavior simulation device>
FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration of the particle behavior simulation apparatus 20 of the present embodiment. The particle behavior simulation apparatus 20 includes a condition input unit 21, a behavior calculation unit 12, a contact force calculation unit (contact force specifying unit) 13, and a modified adhesion force specifying unit 22.

条件入力部21は、ばね定数取得部23、付着力取得部24、修正ばね定数取得部25、および時間ステップ取得部16を備える。条件入力部21は、シミュレーションに必要な各種の条件が記載された設定ファイルを読み込み、シミュレーションの条件の入力を受け付ける。   The condition input unit 21 includes a spring constant acquisition unit 23, an adhesion force acquisition unit 24, a modified spring constant acquisition unit 25, and a time step acquisition unit 16. The condition input unit 21 reads a setting file in which various conditions necessary for the simulation are described, and receives an input of simulation conditions.

ばね定数取得部23は、入力されたシミュレーション条件のうち、本来のばね定数krを取得し、ばね定数krを修正付着力特定部22に出力する。   The spring constant acquisition unit 23 acquires the original spring constant kr among the input simulation conditions, and outputs the spring constant kr to the corrected adhesion force specifying unit 22.

付着力取得部24は、入力されたシミュレーション条件のうち、本来の付着力Farを取得し、付着力Farを修正付着力特定部22に出力する。   The adhesive force acquiring unit 24 acquires the original adhesive force Far among the input simulation conditions, and outputs the adhesive force Far to the corrected adhesive force specifying unit 22.

修正ばね定数取得部25は、入力されたシミュレーション条件のうち、修正ばね定数kdおよび粘性減衰係数ηを取得し、修正ばね定数kdおよび粘性減衰係数ηを接触力計算部13に出力する。また、修正ばね定数取得部25は、修正ばね定数kdを修正付着力特定部22に出力する。   The correction spring constant acquisition unit 25 acquires the correction spring constant kd and the viscous damping coefficient η among the input simulation conditions, and outputs the correction spring constant kd and the viscous damping coefficient η to the contact force calculation unit 13. Further, the corrected spring constant acquisition unit 25 outputs the corrected spring constant kd to the corrected adhesive force specifying unit 22.

修正付着力特定部22は、修正付着力Fadと付着力Farとの比が、修正ばね定数kdとばね定数krとの比の2/5乗と同じになるような、修正付着力Fadを特定する。すなわち、修正付着力特定部22は、式(23)に従って修正付着力Fadを特定する。修正付着力特定部22は、特定した修正付着力Fadを、挙動計算部12に出力する。   The corrected adhesive force specifying unit 22 specifies the corrected adhesive force Fad such that the ratio of the corrected adhesive force Fad to the adhesive force Far is the same as the 2/5 power of the ratio of the corrected spring constant kd to the spring constant kr. To do. That is, the corrected adhesive force specifying unit 22 specifies the corrected adhesive force Fad according to the equation (23). The corrected adhesive force specifying unit 22 outputs the specified corrected adhesive force Fad to the behavior calculating unit 12.

条件入力部21は、取得したシミュレーションの他の条件についても挙動計算部12に出力する。   The condition input unit 21 also outputs other conditions for the acquired simulation to the behavior calculation unit 12.

挙動計算部12および接触力計算部13の構成は、実施の形態1と同様であるので、その説明を省略する。   Since the configurations of the behavior calculation unit 12 and the contact force calculation unit 13 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

本実施の形態では、本来のばね定数kr、本来の付着力Far、および修正ばね定数kdに基づき、修正付着力特定部22が適切な修正付着力Fadを求める。よって、付着力を考慮する場合において、短い計算時間で、妥当なシミュレーション結果を得ることができる。   In the present embodiment, the corrected adhesive force specifying unit 22 obtains an appropriate corrected adhesive force Fad based on the original spring constant kr, the original adhesive force Far, and the corrected spring constant kd. Therefore, when considering the adhesive force, a reasonable simulation result can be obtained in a short calculation time.

最後に、粒子挙動シミュレーション装置10・20の各ブロック、特に条件入力部11、挙動計算部12、接触力計算部13、修正ばね定数取得部14、修正付着力取得部15、時間ステップ取得部16、条件入力部21、修正付着力特定部22、ばね定数取得部23、付着力取得部24、および修正ばね定数取得部25は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにCPU(central processing unit)を用いてソフトウェアによって実現してもよい。   Finally, each block of the particle behavior simulation devices 10 and 20, particularly the condition input unit 11, the behavior calculation unit 12, the contact force calculation unit 13, the modified spring constant acquisition unit 14, the corrected adhesion force acquisition unit 15, and the time step acquisition unit 16. The condition input unit 21, the corrected adhesive force specifying unit 22, the spring constant acquiring unit 23, the adhesive force acquiring unit 24, and the corrected spring constant acquiring unit 25 may be configured by hardware logic, or as described below. It may be realized by software using a (central processing unit).

すなわち、粒子挙動シミュレーション装置10・20は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するCPU、上記プログラムを格納したROM(read only memory)、上記プログラムを展開するRAM(random access memory)、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置(記録媒体)などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである粒子挙動シミュレーション装置10・20の制御プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、粒子挙動シミュレーション装置10・20に供給し、そのコンピュータ(またはCPUやMPU(microprocessor unit))が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。   That is, the particle behavior simulation apparatus 10/20 includes a CPU that executes instructions of a control program that realizes each function, a ROM (read only memory) that stores the program, a RAM (random access memory) that expands the program, A storage device (recording medium) such as a memory for storing programs and various data is provided. The object of the present invention is to record the program code (execution format program, intermediate code program, source program) of the control program of the particle behavior simulation apparatus 10/20, which is software that realizes the above-described functions, in a computer-readable manner. This can also be achieved by supplying the recording medium to the particle behavior simulation apparatuses 10 and 20, and reading and executing the program code recorded on the recording medium by the computer (or CPU or MPU (microprocessor unit)).

上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー(登録商標)ディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM(compact disc read-only memory)/MO(magneto-optical)/MD(Mini Disc)/DVD(digital versatile disk)/CD−R(CD Recordable)等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM(erasable programmable read-only memory)/EEPROM(electrically erasable and programmable read-only memory)/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。   Examples of the recording medium include a tape system such as a magnetic tape and a cassette tape, a magnetic disk such as a floppy (registered trademark) disk / hard disk, a CD-ROM (compact disc read-only memory) / MO (magneto-optical) / Disk systems including optical disks such as MD (Mini Disc) / DVD (digital versatile disk) / CD-R (CD Recordable), card systems such as IC cards (including memory cards) / optical cards, or mask ROM / EPROM ( An erasable programmable read-only memory) / EEPROM (electrically erasable and programmable read-only memory) / semiconductor memory system such as a flash ROM can be used.

また、粒子挙動シミュレーション装置10・20を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN(local area network)、ISDN(integrated services digital network)、VAN(value-added network)、CATV(community antenna television)通信網、仮想専用網(virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、IEEE(institute of electrical and electronic engineers)1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL(asynchronous digital subscriber loop)回線等の有線でも、IrDA(infrared data association)やリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR
(high data rate)、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。
Further, the particle behavior simulation apparatuses 10 and 20 may be configured to be connectable to a communication network, and the program code may be supplied via the communication network. The communication network is not particularly limited. For example, the Internet, intranet, extranet, LAN (local area network), ISDN (integrated services digital network), VAN (value-added network), CATV (community antenna television) communication. A network, a virtual private network, a telephone line network, a mobile communication network, a satellite communication network, etc. can be used. In addition, the transmission medium constituting the communication network is not particularly limited. For example, IEEE (institute of electrical and electronic engineers) 1394, USB, power line carrier, cable TV line, telephone line, ADSL (asynchronous digital subscriber loop) line Infrared data association such as IrDA (infrared data association) and remote control, Bluetooth (registered trademark), 802.11 wireless, HDR
(High data rate), mobile phone network, satellite line, terrestrial digital network, etc. can also be used.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、粒子の挙動を予測する粒子挙動シミュレーションに利用することができる。   The present invention can be used for particle behavior simulation for predicting particle behavior.

1 流動層装置
2 処理容器
3 分散板
4 気体供給口
5 排気口
6 触媒粒子
10、20 粒子挙動シミュレーション装置
11、21 条件入力部
12 挙動計算部
13 接触力計算部(接触力特定部)
14、25 修正ばね定数取得部
15 修正付着力取得部
16 時間ステップ取得部
22 修正付着力特定部
23 ばね定数取得部
24 付着力取得部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fluidized bed apparatus 2 Processing container 3 Dispersing plate 4 Gas supply port 5 Exhaust port 6 Catalyst particle | grains 10 and 20 Particle behavior simulation apparatus 11 and 21 Condition input part 12 Behavior calculation part 13 Contact force calculation part (contact force specific part)
14, 25 Modified spring constant obtaining unit 15 Modified adhesion obtaining unit 16 Time step obtaining unit 22 Modified adhesion identifying unit 23 Spring constant obtaining unit 24 Adhesive force obtaining unit

Claims (10)

離散要素法を用いて複数の粒子の挙動を予測する粒子挙動シミュレーション装置であって、
粒子同士が接触しているときに上記粒子に働く接触力を非線形ばねモデルで表した場合のばね定数をkrとし、粒子同士の付着力をFarとしたとき、
上記ばね定数krより小さい修正ばね定数kdを用いて、上記非線形ばねモデルに基づいた修正接触力を求める接触力特定部と、
接触力として、上記修正接触力を用い、かつ、付着力として、上記ばね定数krと上記修正ばね定数kdとの比に応じて上記付着力Farより値を小さくした修正付着力Fadを用いて、離散要素法によって粒子の挙動を計算する挙動計算部とを備えることを特徴とする粒子挙動シミュレーション装置。
A particle behavior simulation apparatus for predicting the behavior of a plurality of particles using a discrete element method,
When the contact force acting on the particles when the particles are in contact with each other is represented by a nonlinear spring model, the spring constant is kr, and the adhesion force between the particles is Far.
A contact force specifying unit for obtaining a corrected contact force based on the nonlinear spring model using a corrected spring constant kd smaller than the spring constant kr;
Using the corrected contact force as the contact force, and using the corrected adhesion force Fad having a value smaller than the adhesion force Far according to the ratio of the spring constant kr and the correction spring constant kd as the adhesion force, A particle behavior simulation apparatus comprising: a behavior calculation unit that calculates particle behavior by a discrete element method.
上記非線形ばねモデルは、ヘルツ接触モデルであることを特徴とする請求項1に記載の粒子挙動シミュレーション装置。   The particle behavior simulation apparatus according to claim 1, wherein the nonlinear spring model is a Hertzian contact model. 上記修正付着力Fadは、条件として、
Figure 2013210918
を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の粒子挙動シミュレーション装置。
The corrected adhesive force Fad is as a condition:
Figure 2013210918
The particle behavior simulation apparatus according to claim 1, wherein:
上記修正付着力Fadと上記付着力Farとの比は、上記修正ばね定数kdと上記ばね定数krとの比の2/5乗と同じオーダーであることを特徴とする請求項1または2に記載の粒子挙動シミュレーション装置。   The ratio between the corrected adhesion force Fad and the adhesion force Far is the same order as the 2 / 5th power of the ratio between the corrected spring constant kd and the spring constant kr. Particle behavior simulation equipment. 上記修正ばね定数kdは、上記ばね定数krの0.1倍以下であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の粒子挙動シミュレーション装置。   The particle behavior simulation apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the corrected spring constant kd is 0.1 times or less of the spring constant kr. 上記修正付着力Fadと上記付着力Farとの比は、上記修正ばね定数kdと上記ばね定数krとの比の2/5乗とほぼ同じであることを特徴とする請求項1または2に記載の粒子挙動シミュレーション装置。   The ratio between the corrected adhesion force Fad and the adhesion force Far is substantially the same as the 2 / 5th power of the ratio between the corrected spring constant kd and the spring constant kr. Particle behavior simulation equipment. 上記付着力Farと上記修正ばね定数kdと上記ばね定数krとに基づき、上記修正付着力Fadと上記付着力Farとの比が、上記修正ばね定数kdと上記ばね定数krとの比の2/5乗と同じになるような上記修正付着力Fadを特定する修正付着力特定部を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の粒子挙動シミュレーション装置。   Based on the adhesive force Far, the corrected spring constant kd, and the spring constant kr, the ratio of the corrected adhesive force Fad to the adhesive force Far is 2 / of the ratio of the corrected spring constant kd to the spring constant kr. The particle behavior simulation apparatus according to claim 1, further comprising a modified adhesion force identifying unit that identifies the modified adhesion force Fad that is the same as the fifth power. 離散要素法を用いて複数の粒子の挙動を予測する粒子挙動シミュレーション方法であって、
粒子同士が接触しているときに上記粒子に働く接触力を非線形ばねモデルで表した場合のばね定数をkrとし、粒子同士の付着力をFarとしたとき、
シミュレーション装置の接触力特定部が、上記ばね定数krより小さい修正ばね定数kdを用いて、上記非線形ばねモデルに基づいた修正接触力を求める接触力特定ステップと、
上記シミュレーション装置の挙動計算部が、接触力として、上記修正接触力を用い、かつ、付着力として、上記ばね定数krと上記修正ばね定数kdとの比に応じて上記付着力Farより値を小さくした修正付着力Fadを用いて、離散要素法によって粒子の挙動を
計算する挙動計算ステップとを含むことを特徴とする粒子挙動シミュレーション方法。
A particle behavior simulation method for predicting the behavior of a plurality of particles using a discrete element method,
When the contact force acting on the particles when the particles are in contact with each other is represented by a nonlinear spring model, the spring constant is kr, and the adhesion force between the particles is Far.
A contact force specifying step in which the contact force specifying unit of the simulation device obtains a corrected contact force based on the nonlinear spring model using a corrected spring constant kd smaller than the spring constant kr;
The behavior calculation unit of the simulation apparatus uses the corrected contact force as the contact force, and the adhesion force is set to a value smaller than the adhesion force Far according to the ratio of the spring constant kr and the corrected spring constant kd. And a behavior calculation step of calculating the behavior of the particles by the discrete element method using the corrected adhesion force Fad.
請求項1から7のいずれか一項に記載の粒子挙動シミュレーション装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、コンピュータを上記の各部として機能させるための制御プログラム。   A control program for causing a computer to function as the particle behavior simulation apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the control program causes the computer to function as each unit described above. 請求項9に記載の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the control program according to claim 9 is recorded.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021246378A1 (en) * 2020-06-01 2021-12-09 住友金属鉱山株式会社 Simulation device, simulation method, and program
JP2021190060A (en) * 2020-06-01 2021-12-13 住友金属鉱山株式会社 Simulation device, simulation method and program

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021246378A1 (en) * 2020-06-01 2021-12-09 住友金属鉱山株式会社 Simulation device, simulation method, and program
JP2021190060A (en) * 2020-06-01 2021-12-13 住友金属鉱山株式会社 Simulation device, simulation method and program
JP7101387B2 (en) 2020-06-01 2022-07-15 住友金属鉱山株式会社 Simulation equipment, simulation method, program
CN115698672A (en) * 2020-06-01 2023-02-03 住友金属矿山株式会社 Simulation device, simulation method, and program
US11892388B2 (en) 2020-06-01 2024-02-06 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. Simulation device, simulation method, and program

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