JP2016147440A - Flow simulation method and device for fluid - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動壁の移動によって形成される流体のせん断流によって空間から流体が排出されるときの流体の挙動を、コンピュータを用いて再現する流体の流動シミュレーション方法及び装置に関する。 The present invention relates to a fluid flow simulation method and apparatus for reproducing, using a computer, the behavior of a fluid when the fluid is discharged from space by a shear flow of the fluid formed by the movement of a moving wall.
近年、コンピュータを用いた数値シミュレーションにより、流体の流れの挙動を予測、算出する技術が種々行なわれている。例えば、ゴム等の粘弾性流体が、回転ロール等の移動壁によってせん断を受けることにより、粘弾性流体を流動状態にし、この流動状態の粘弾性流体をシート状に加工する圧延工程を再現する数値シミュレーションも検討されている。 In recent years, various techniques for predicting and calculating fluid flow behavior by numerical simulation using a computer have been performed. For example, a numerical value that reproduces a rolling process in which a viscoelastic fluid such as rubber is subjected to shearing by a moving wall such as a rotating roll, thereby turning the viscoelastic fluid into a fluidized state and processing the fluidized viscoelastic fluid into a sheet shape. Simulation is also being considered.
例えば、2つの回転ロールの間に形成されるくさび状空間をメッシュ分割して空間モデルを作成し、この空間モデルに粘弾性流体をモデル化した流体モデルを設定し、この空間モデル内で、予め定めた条件に基づいて流体モデルの流動計算を行うことが行われる。 For example, a wedge-shaped space formed between two rotating rolls is mesh-divided to create a spatial model, and a fluid model in which a viscoelastic fluid is modeled is set in this spatial model. The flow calculation of the fluid model is performed based on the determined conditions.
また、壁面を有するチャンバー内の流体の状態を、コンピュータを用いて計算する流体の流動シミュレーション方法も知られている(特許文献1)。具体的には、チャンバーを有限個の要素でモデル化したチャンバーモデルを設定し、流体をモデル化した材料モデルを設定する。さらに、チャンバーモデル内に、材料モデルを配置しかつ予め定めた条件に基づいて流動計算を行う。流動計算では、材料モデルとチャンバーモデルの壁面との接触面において、材料モデルのスリップ速度が定義され、スリップ速度を特定の式で計算する。 There is also known a fluid flow simulation method for calculating the state of fluid in a chamber having a wall surface using a computer (Patent Document 1). Specifically, a chamber model in which the chamber is modeled with a finite number of elements is set, and a material model in which the fluid is modeled is set. Further, a material model is arranged in the chamber model, and the flow calculation is performed based on a predetermined condition. In the flow calculation, the slip speed of the material model is defined at the contact surface between the material model and the wall surface of the chamber model, and the slip speed is calculated by a specific formula.
しかし、上述したような2つの回転ロールの間のくさび状空間における粘弾性流体の挙動のシミュレーションにおいて、粘弾性流体の流動モデルが回転ロールの壁のモデルに作用する圧力の算出結果は、計測結果と対応せず、圧力の算出結果では、圧力の値が極めて0に近い値となっていることがわかった。
これに対して、材料モデルとチャンバーモデルの壁面との接触面において、材料モデルにスリップ速度を与えることにより流体の流動シミュレーションを行う上述の方法では、粘度の高い流体の流動計算を安定させることができる、とされている。しかし、当該方法では、スリップ速度を定めるために、Fslipの定数を予め定める煩雑さがある。
However, in the simulation of the behavior of the viscoelastic fluid in the wedge-shaped space between the two rotating rolls as described above, the calculation result of the pressure at which the flow model of the viscoelastic fluid acts on the wall model of the rotating roll is the measurement result. In the pressure calculation result, it was found that the pressure value was very close to zero.
On the other hand, in the above-mentioned method in which the fluid flow simulation is performed by giving a slip speed to the material model at the contact surface between the wall surface of the material model and the chamber model, the flow calculation of the fluid with high viscosity can be stabilized. It can be done. However, in this method, in order to determine the slip speed, there is a complexity in which a constant of Fslip is determined in advance.
そこで、本発明は、移動壁の移動によって形成される流体のせん断流によって流体が排出されるときの流体の挙動を、コンピュータを用いて再現する際、従来とは異なる方法で、流体の挙動を再現することができる、流体の流動シミュレーション方法及び装置を提供することを目的とする。 In view of this, the present invention reproduces the behavior of the fluid when the fluid is discharged by the shear flow of the fluid formed by the movement of the moving wall using a computer in a different manner from the conventional method. It is an object to provide a fluid flow simulation method and apparatus that can be reproduced.
本発明の一態様は、移動壁の移動によって形成される流体のせん断流によって、前記移動壁により形成される空間から前記流体が排出されるときの前記流体の挙動を、コンピュータを用いて再現する流体の流動シミュレーション方法である。
当該流動シミュレーション方法は、
前記空間を複数の格子で分割することでモデル化した空間モデルを設定するステップと、
前記流体をモデル化した流体モデルを設定するステップと、
前記空間モデル内で、定めた条件に基づいて前記流体モデルの流動計算を行うステップと、を含み、
前記空間モデルは、前記移動壁の表面と接する前記空間の境界面に対応する前記空間モデルの対応境界面を含み、前記移動壁の移動速度と同じ速度で前記移送壁の移動方向に移動するように構成された、前記対応境界面に沿って均一な厚さを有する薄膜モデルと、前記移動速度によらず静止した主空間モデルと、を備える。
In one embodiment of the present invention, the behavior of the fluid when the fluid is discharged from the space formed by the moving wall by the shear flow of the fluid formed by the movement of the moving wall is reproduced using a computer. This is a fluid flow simulation method.
The flow simulation method is
Setting a space model modeled by dividing the space by a plurality of grids;
Setting a fluid model that models the fluid;
Performing a flow calculation of the fluid model based on defined conditions in the spatial model, and
The space model includes a corresponding boundary surface of the space model corresponding to a boundary surface of the space in contact with the surface of the moving wall, and moves in the moving direction of the transfer wall at the same speed as the moving speed of the moving wall. A thin film model having a uniform thickness along the corresponding boundary surface, and a main space model that is stationary regardless of the moving speed.
前記空間は、前記空間の空間幅が前記移動壁の移動方向に沿って徐々に狭くなるくさび状空間であり、前記流体の排出は、くさび状空間の空間幅が最も狭くなった狭小部分から排出される、ことが好ましい。 The space is a wedge-shaped space in which the space width is gradually narrowed along the moving direction of the moving wall, and the fluid is discharged from a narrow portion where the space width of the wedge-shaped space is the narrowest. It is preferred that
前記薄膜モデルの厚さは、前記狭小部分の空間幅の50%以下である、ことが好ましい。 The thickness of the thin film model is preferably 50% or less of the space width of the narrow portion.
前記薄膜モデルの厚さは、前記狭小部分の空間幅に応じて変更する、ことが好ましい。 The thickness of the thin film model is preferably changed according to the space width of the narrow portion.
前記流動計算では、前記流体モデルが前記対応境界面に作用する圧力を算出する、ことが好ましい。 In the flow calculation, it is preferable to calculate a pressure at which the fluid model acts on the corresponding boundary surface.
前記流体は、粘性係数が10〜100000Pa・秒の粘弾性流体であり、
前記移動壁は、回転ロールの外表面であり、
前記空間は、前記回転ロールと、非回転の固定壁で挟まれたくさび状空間である、ことが好ましい。
The fluid is a viscoelastic fluid having a viscosity coefficient of 10 to 100,000 Pa · sec,
The moving wall is an outer surface of a rotating roll;
The space is preferably a wedge-shaped space sandwiched between the rotating roll and a non-rotating fixed wall.
前記流体は、粘性係数が10〜100000Pa・秒の粘弾性流体であり、
前記移動壁は、回転軸方向が平行になるように配した2つの回転ロールの外表面であり、
前記空間は、前記2つの回転ロールで挟まれたくさび状空間であり、
前記流体の挙動は、前記2つの回転ロールを逆方向に回転させて前記流体を前記2つの回転ロールの隙間から一定の厚さの帯状のシート材を排出する未加硫ゴムの圧延の挙動である、ことが好ましい。
The fluid is a viscoelastic fluid having a viscosity coefficient of 10 to 100,000 Pa · sec,
The moving wall is an outer surface of two rotating rolls arranged so that the rotation axis directions are parallel,
The space is a wedge-shaped space sandwiched between the two rotating rolls,
The behavior of the fluid is a rolling behavior of unvulcanized rubber in which the two rotating rolls are rotated in opposite directions and the fluid is discharged from the gap between the two rotating rolls to a belt-like sheet material having a constant thickness. It is preferable that there is.
また、本発明の他の一形態は、移動壁の移動によって形成される流体のせん断流によって、前記移動壁により形成される空間から前記流体が排出されるときの前記流体の挙動を、コンピュータを用いて再現する流体の流動シミュレーション装置である。
当該流動シミュレーション装置は、
前記空間を複数の格子で分割することでモデル化した空間モデルを設定する空間モデル設定部と、
前記流体をモデル化した流体モデルを設定する流体モデル設定部と、
前記空間モデル内で、定めた条件に基づいて前記流体モデルの流動計算を行う計算部と、を含み、
前記空間モデルは、前記移動壁の表面と接する前記空間の境界面に対応する前記空間モデルの対応境界面を含み、前記移動壁の移動速度と同じ速度で前記移送壁の移動方向に移動するように構成された、前記対応境界面に沿って均一な厚さを有する薄膜モデルと、前記移動速度によらず静止した主空間モデルと、を備える。
According to another aspect of the present invention, the behavior of the fluid when the fluid is discharged from the space formed by the moving wall due to the shear flow of the fluid formed by the movement of the moving wall is calculated using a computer. It is a fluid flow simulation device that is reproduced by using it.
The flow simulation device is
A space model setting unit for setting a space model modeled by dividing the space by a plurality of grids;
A fluid model setting unit for setting a fluid model obtained by modeling the fluid;
A calculation unit that performs flow calculation of the fluid model based on a predetermined condition in the spatial model, and
The space model includes a corresponding boundary surface of the space model corresponding to a boundary surface of the space in contact with the surface of the moving wall, and moves in the moving direction of the transfer wall at the same speed as the moving speed of the moving wall. A thin film model having a uniform thickness along the corresponding boundary surface, and a main space model that is stationary regardless of the moving speed.
上述の流体の流動シミュレーション方法及び装置によれば、移動壁の移動によって形成される流体のせん断流によって、移動壁により形成される空間から排出される流体の挙動を容易に再現することができる。 According to the fluid flow simulation method and apparatus described above, the behavior of the fluid discharged from the space formed by the moving wall can be easily reproduced by the shear flow of the fluid formed by the movement of the moving wall.
以下、本発明の流体の流動シミュレーション方法及び装置について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a fluid flow simulation method and apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施形態の流体の流動シミュレーション装置(以降、単に装置という)10の構成を説明する図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a fluid flow simulation device (hereinafter simply referred to as a device) 10 according to the present embodiment.
装置10は、移動壁の移動によって形成される流体のせん断流によって、移動壁により形成される空間から流体が排出されるときの流体の挙動を再現する装置である。図2は、一例として、2つの回転ローラの外周面によって挟まれたくさび状空間の空間幅が最も狭くなった狭小部分から、流体を排出する形態を示す図である。図2の例は、2つの回転ローラ30a,30bの外周面により形成されるくさび状空間に、2つの押し出しスクリューフィーダ32a,32bから流体が供給される。供給した流体は回転軸が平行に配置された回転ローラ30a,30bの回転によってせん断応力を受けてせん断流を作る。回転ローラ30a,30bは、その外周面が接触しないように隙間を空けて配置されている。回転ローラ30a,30bは、供給された流体を上記隙間に向かって移動させるように、回転の向きが定められている。しかし、せん断流により流れる流体は、くさび状空間の空間幅が最も狭くなった隙間(狭小部分)に向かって進むので、流体に作用する圧力は次第に高くなるとともに、一部の流体の流速は低下し、停留し、さらには、流体の一部は、上記隙間(狭小部分)から遠ざかるような流れを作る場合もある。こうして、隙間(狭小部分)に到達した流体は、くさび状空間から一定の厚さを有するシート材31としてX方向に排出される。このような流体の供給から排出までの流体の挙動を再現するシミュレーションを、装置10は行う。図3は、本実施形態で用いる空間モデルの作成対象となる空間の一例を示す図である。この空間では、2つの回転ローラ30a,30bの外周面に挟まれたくさび状空間を含み、くさび状空間の狭小部分36よりX方向に延びた空間延長部を含む。なお、モデル空間の対象となる空間では、回転ローラ30a,30bの外周面に接触する空間の境界面及びシート材31となってX方向に排出される空間延長部の先端以外は、変形しない壁で囲まれたものとして扱われる。
The
装置10は、コンピュータによって構成されたもので、CPU12、RAMやROM等のメモリ14、及び入出力部16、を有する。メモリ14に記憶されているプログラムを呼び出して実行することにより、空間モデル設定部18、流体モデル設定部20、及び計算部22を形成する。すなわち、空間モデル設定部18、流体モデル設定部20、及び計算部22はプログラムを実行することにより形成されるソフトウェアモジュールであり、空間モデル設定部18、流体モデル設定部20、及び計算部22の機能は、実質的にCPUが司る。
入出力部16には、キーボードやマウス等のオペレータが各種条件を設定するために条件を入力するための入力操作系24が接続され、さらに、モデル設定のための入力画面や、作成したモデルや演算結果を表示するディスプレイ26が接続されている。
The
An
空間モデル設定部18は、設定された条件に沿って、図3に示すような三次元のくさび状空間34を複数の格子で分割することでモデル化した三次元の空間モデル38を設定する。ここで、設定される空間モデルは、薄膜モデル40と、主空間モデル42と、を含む。薄膜モデル40は、回転ローラ30a,30bの移動する外周面、すなわち移動壁の表面と接する空間の境界面に対応する空間モデル38の対応境界面40aを含み、上記移動壁の移動速度と同じ速度で上記移動壁の移動方向に移動するように構成されている。薄膜モデル40は、対応境界面40aに沿って均一な厚さを有する。一方、主空間モデル42は、回転ローラ30a,30bの外周面の移動速度によらず静止したモデルである(図4では、主空間モデル42は、メッシュ分割表示が省略されている)。言い換えると、薄膜モデル40は、回転ローラ30a,30bとの境界面に対応する空間モデル38上の対応境界面40aと主空間モデル42との間に形成された、きわめて厚さの薄いモデルである。薄膜モデル40の厚さは回転ローラ30a,30bの間の隙間である狭小部分36の空間幅(隙間の寸法)の50%以下であることが、流体の挙動を精度良く再現する点から、好ましい。空間モデル38は、四面体、六面体などの他、多面体セルといった三次元オイラー要素で構成される。
The space
流体モデル設定部20は、流体をモデル化した流体モデルを設定する。流体モデルは、解析対象となる粘弾性流体になる可塑性材料に応じて粘性係数であるせん断粘度や比重等が設定される。さらに、必要に応じて、比熱、熱伝導率等が設定される。流体モデルは、作成した空間モデル38全体に充填するように設定される。せん断粘度は、例えば、解析対象となる流体から粘弾性特性(G'及びG”)が複数の温度条件で測定され、この測定結果から所望の温度のせん断粘度に変換することができる。
The fluid
計算部22は、作成された空間モデル38と流体モデルを用いて、空間モデル38における節点等の要素の代表点における流体モデルの3次元速度と圧力を未知数として、ナビエ・ストークス及び質量保存の式を有限要素法に沿って定式化し、かつ、空間モデル38を構成する要素の配置に合わせて離散化した式から、上記未知数の値を算出する。このような算出方法は、周知の有限要素法を用いた流体の計算方法であるので、その説明は省略する。
The calculation unit 22 uses the created
なお、薄膜モデル40は、主空間モデル42に対して相対的に移動するので、薄膜モデル40と主空間モデル42との境界部分において節点が共有されない不連続な要素が形成される。このため、不連続の要素間の流体モデルの物理量の受け渡しのために、周知のスライディングメッシュ法を用いることが好ましい。図4は、薄膜モデル40の移動を模式的に説明する図である。薄膜モデル40は、回転ローラ30a,30bの外周面と同じ速度で、回転ローラ30a,30bの移動方向と同じ方向に移動する。このとき、計算部22は、薄膜モデル40が移動する条件で、空間モデル38の出口44から流体モデルが出るときの流体モデルの流動計算を行なう。流動計算における境界条件として、出口44に接する要素の代表点には大気圧の圧力が付与される。さらに、出口44とX方向の反対側に設けられる供給口46に、流体モデルの供給量等の条件が設定される。このような流動計算では、薄膜モデル40中の流体モデルは、回転ロール30a,30bの外周面である移動壁と同じ速度で、外周面と同じ方向に流れる流体の挙動を再現することができる。
Since the
計算部22で計算された流動計算の結果は、メモリ14に記憶されるとともに、計算部22は、流体モデルの各位置における速度分布を求め、さらに、流体モデルが薄膜モデル40の対応境界面40aに作用する流体モデルの圧力を算出し、ディスプレイ26に算出結果が表示させる。
図5(a)は、薄膜モデル40の対応境界面40aに作用する流体モデルの圧力分布の一例を示す図である。図5(a)には、上述のシミュレーションと同じ条件で回転ローラ30a,30bを用いて実際にシート材31を作製したときの回転ローラ30a,30bが流体から受ける圧力の計測結果も示している。図5(a)のグラフの横軸は、ローラ角度θを示す。図5(b)は、ローラ角度θの定義を説明する図である。ローラ角度θ=0は、回転ローラ30a,30b間の空間幅が最も狭くなった狭小部分36の位置であり、ローラ角度θが負になる方向は、X方向と逆向きの方向である。
図5(a)からわかるように、薄膜モデル40を用いた空間モデル38を用いて計算した計算結果は、計測結果に近似する結果を示す。
The flow calculation result calculated by the calculation unit 22 is stored in the
FIG. 5A is a diagram illustrating an example of the pressure distribution of the fluid model acting on the corresponding
As can be seen from FIG. 5A, the calculation result calculated using the
図6は、空間モデル38に薄膜モデル40を用いず、空間モデル38全てに主空間モデル42を用いた従来の流体モデルの流動シミュレーションの結果を示す図である。従来の流動計算では、回転ローラ30a,30bに接する空間の境界面に対応する主空間モデル42の対応境界面に、回転ローラ30a,30bの外周面の移動速度と同じ速度を境界条件として与えて流動計算を行なった。図6に示すように、計算結果では、圧力が極めて小さく、計測結果と大きく乖離している。
FIG. 6 is a diagram showing a flow simulation result of a conventional fluid model in which the
このように、本実施形態の流動シミュレーション方法は、計測結果と同様な圧力分布を再現することから、流体の挙動の再現が精度良く行っているといえる。このように、本実施形態では、回転ローラ30a,30bの外周面のような移動壁の移動によって形成される流体のせん断流によって、移動壁により形成される空間から排出される流体の挙動を容易に再現することができる。
Thus, since the flow simulation method of this embodiment reproduces the pressure distribution similar to the measurement result, it can be said that the behavior of the fluid is accurately reproduced. Thus, in this embodiment, the behavior of the fluid discharged from the space formed by the moving wall is facilitated by the shear flow of the fluid formed by the movement of the moving wall such as the outer peripheral surfaces of the
このように、空間モデル38において、薄膜モデル40を形成するのは、後述するように、回転ローラ30a,30bの外周面に同じ速度で移動し、流動されない薄膜層が存在するからである。図7(a)は、回転ローラ30a,30bのうち、回転ローラ30aの外周面に黒色のゴムの薄膜50を形成した状態で、白色のゴム52を回転ローラ30aの外周面と回転ローラ30bの外周面との間のくさび状空間に供給してゴムのシート材31を回転ローラ30a,30bの隙間から排出させる実験を説明する図である。このときシート材31には、回転ローラ30a,30bの回転によって流動されることなく一定の厚さの黒色のゴム層が形成されることがわかった。図7(b)は、図7(a)に示す実験の結果を示す図であり、回転ローラ30a,30bの隙間を横軸に、黒色のゴム層の厚さWを縦軸にとったグラフを示す図である。図7(b)からわかるように、回転ローラ30aの外周面近傍にあるゴムが、回転ローラ30a,30bの回転によって流動することなく一定の厚さで形成されるゴム層の厚さWは、隙間(狭小部分36の空間幅)に応じて定まることがわかる。したがって、回転ローラ30a,30bを用いて、図2に示すようにシート材31を作製する場合にも、回転ローラ30a,30bの外周面近傍に位置する流体の薄膜層が、回転ローラ30a,30bの外周面とともに移動し、かつ、せん断流によって流動されることなく、シート材31の一部として排出されるといえる。したがって、本実施形態のように、回転ローラ30a,30bの外周面の移動速度と同じ速度でこの外周面の移動方向に移動するように構成された、対応境界面40aに沿って均一な厚さを有する薄膜モデル38を用いることは、流体の流動計算をする上で、適切であるといえる。
In this way, the
このような装置10を用いた流体の流動シミュレーション方法では、回転ローラ30a,30bの外周面のような移動壁によって形成される空間を複数の格子で分割することでモデル化した空間モデルを設定する。また、粘弾性流体のような流体をモデル化した流体モデルを設定する。作成した空間モデル内で、予め定めた条件に基づいて流体モデルの流動計算を行う。このとき、空間モデルは、移動壁の表面と接する上述の空間の境界面に対応する空間モデルの対応境界面40aを含み、移動壁の移動速度と同じ速度で移送壁の移動方向に移動するように構成された、対応境界面40aに沿って均一な厚さを有する薄膜層モデル40と、移動速度によらず静止した主空間モデル42と、を備える。
In the fluid flow simulation method using such an
上述の空間は、例えば、移動壁によって形成される空間の空間幅が移動壁の移動方向に沿って徐々に狭くなるくさび状空間であり、流体の排出は、くさび状空間の空間幅が最も狭くなった狭小部分から排出されることが好ましい。この場合、移動壁は、回転ローラの外周面には限られない。移動壁は、例えば、平板の表面や、楕円等の非真円形状の断面を成した筒形状の外周面であってもよい。また、上述の空間は、本実施形態のように、2つの移動壁に挟まれた空間でなくてもよく、移動壁と固定壁で形成される空間でもよい。 The above-described space is, for example, a wedge-shaped space in which the space width of the space formed by the moving wall gradually narrows along the moving direction of the moving wall, and the fluid discharge is performed with the narrowest space width of the wedge-shaped space. It is preferable to discharge from the narrowed portion. In this case, the moving wall is not limited to the outer peripheral surface of the rotating roller. The moving wall may be, for example, a flat plate surface or a cylindrical outer peripheral surface having a non-circular cross section such as an ellipse. Further, the above-described space may not be a space between two moving walls as in this embodiment, but may be a space formed by a moving wall and a fixed wall.
薄膜モデル40の厚さは、くさび状空間の空間幅の最も狭くなった狭小部分36の空間幅の50%以下であることが、流体の流動計算を精度良く行なう点から好ましい。薄膜モデル40の厚さは、より好ましくは、狭小部分36の空間幅の30%以下である。
The thickness of the
また、薄膜モデル40の厚さは、上述の狭小部分36の空間幅に応じて変更することが、流体の流動計算を精度良く行なう点から好ましい。実際、シート材31を作製するとき、シート材31の表面は、流体の流動に影響されず、移動壁に追従して移動する流体によって形成され、この部分の厚さが、図7(b)に示すように、狭小部分36の空間幅(隙間)に応じて変化するからである。
Further, it is preferable that the thickness of the
流動計算では、空間モデル38における流体モデルが対応境界面に作用する圧力を算出することが好ましい。
In the flow calculation, it is preferable to calculate the pressure at which the fluid model in the
本実施形態に用いる流体は、例えば、粘性係数が10〜100000Pa・秒の粘弾性流体、例えば未加硫ゴムであることが好ましい。この場合、移動壁の移動速度は、例えば、1〜10m/秒、好ましくは2〜8m/秒、より好ましくは3〜7m/秒である。移動壁は、例えば、回転ロールの外周面であり、空間は、回転ロールと、非回転の固定壁で挟まれたくさび状空間である場合にも、本実施形態の流動シミュレーション方法は、好適に実施することができる。あるいは、移動壁は、例えば、回転軸方向が平行になるように配した2つの回転ロールの外表面であり、空間は、2つの回転ロールで挟まれたくさび状空間である。このとき、流体の挙動は、2つの回転ロールを逆方向に回転させて流体を2つの回転ロールの隙間でさる狭小部分から一定の厚さの帯状のシート材を排出する未加硫ゴムの圧延の挙動である。 The fluid used in the present embodiment is preferably, for example, a viscoelastic fluid having a viscosity coefficient of 10 to 100,000 Pa · sec, such as unvulcanized rubber. In this case, the moving speed of the moving wall is, for example, 1 to 10 m / sec, preferably 2 to 8 m / sec, and more preferably 3 to 7 m / sec. The flow simulation method of the present embodiment is also suitable when the moving wall is, for example, the outer peripheral surface of a rotating roll, and the space is a wedge-shaped space sandwiched between the rotating roll and a non-rotating fixed wall. Can be implemented. Alternatively, the moving wall is, for example, the outer surface of two rotating rolls arranged so that the rotation axis directions are parallel, and the space is a wedge-shaped space sandwiched between the two rotating rolls. At this time, the behavior of the fluid is the rolling of the unvulcanized rubber that rotates the two rotating rolls in the opposite direction and discharges the belt-like sheet material of a certain thickness from the narrow portion where the fluid is sandwiched between the two rotating rolls. It is the behavior.
以上、本発明の流体の流動シミュレーション方法及び装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 The fluid flow simulation method and apparatus of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. Of course.
10 流動シミュレーション装置
12 CPU
14 メモリ
16 入出力部
18 空間モデル設定部
20 流体モデル設定部
22 計算部
24 入力操作系
26 ディスプレイ
30a,30b 回転ローラ
31 シート材
32a,32b スクリューフィーダ
34 くさび状空間
36 狭小部分
38 空間モデッル
40 薄膜モデル
40a 対応境界面
44 出口
10
14
Claims (8)
前記空間を複数の格子で分割することでモデル化した空間モデルを設定するステップと、
前記流体をモデル化した流体モデルを設定するステップと、
前記空間モデル内で、定めた条件に基づいて前記流体モデルの流動計算を行うステップと、を含み、
前記空間モデルは、前記移動壁の表面と接する前記空間の境界面に対応する前記空間モデルの対応境界面を含み、前記移動壁の移動速度と同じ速度で前記移送壁の移動方向に移動するように構成された、前記対応境界面に沿って均一な厚さを有する薄膜モデルと、前記移動速度によらず静止した主空間モデルと、を備える、ことを特徴とする流体の流動シミュレーション方法。 The fluid flow simulation method reproduces, using a computer, the behavior of the fluid when the fluid is discharged from the space formed by the moving wall by the shear flow of the fluid formed by the movement of the moving wall. And
Setting a space model modeled by dividing the space by a plurality of grids;
Setting a fluid model that models the fluid;
Performing a flow calculation of the fluid model based on defined conditions in the spatial model, and
The space model includes a corresponding boundary surface of the space model corresponding to a boundary surface of the space in contact with the surface of the moving wall, and moves in the moving direction of the transfer wall at the same speed as the moving speed of the moving wall. A fluid flow simulation method comprising: a thin film model having a uniform thickness along the corresponding boundary surface, and a main space model stationary regardless of the moving speed.
前記移動壁は、回転ロールの外表面であり、
前記空間は、前記回転ロールと、非回転の固定壁で挟まれたくさび状空間である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の流体の流動シミュレーション方法。 The fluid is a viscoelastic fluid having a viscosity coefficient of 10 to 100,000 Pa · sec,
The moving wall is an outer surface of a rotating roll;
The fluid flow simulation method according to claim 1, wherein the space is a wedge-shaped space sandwiched between the rotating roll and a non-rotating fixed wall.
前記移動壁は、回転軸方向が平行になるように配した2つの回転ロールの外表面であり、
前記空間は、前記2つの回転ロールで挟まれたくさび状空間であり、
前記流体の挙動は、前記2つの回転ロールを逆方向に回転させて前記流体を前記2つの回転ロールの隙間から一定の厚さの帯状のシート材を排出する未加硫ゴムの圧延の挙動である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の流体の流動シミュレーション方法。 The fluid is a viscoelastic fluid having a viscosity coefficient of 10 to 100,000 Pa · sec,
The moving wall is an outer surface of two rotating rolls arranged so that the rotation axis directions are parallel,
The space is a wedge-shaped space sandwiched between the two rotating rolls,
The behavior of the fluid is a rolling behavior of unvulcanized rubber in which the two rotating rolls are rotated in opposite directions and the fluid is discharged from the gap between the two rotating rolls to a belt-like sheet material having a constant thickness. The fluid flow simulation method according to any one of claims 1 to 5.
前記空間を複数の格子で分割することでモデル化した空間モデルを設定する空間モデル設定部と、
前記流体をモデル化した流体モデルを設定する流体モデル設定部と、
前記空間モデル内で、定めた条件に基づいて前記流体モデルの流動計算を行う計算部と、を含み、
前記空間モデルは、前記移動壁の表面と接する前記空間の境界面に対応する前記空間モデルの対応境界面を含み、前記移動壁の移動速度と同じ速度で前記移送壁の移動方向に移動するように構成された、前記対応境界面に沿って均一な厚さを有する薄膜モデルと、前記移動速度によらず静止した主空間モデルと、を備える、ことを特徴とする流体の流動シミュレーション装置。 The fluid flow simulation device reproduces, using a computer, the behavior of the fluid when the fluid is discharged from the space formed by the moving wall by the shear flow of the fluid formed by the movement of the moving wall. And
A space model setting unit for setting a space model modeled by dividing the space by a plurality of grids;
A fluid model setting unit for setting a fluid model obtained by modeling the fluid;
A calculation unit that performs flow calculation of the fluid model based on a predetermined condition in the spatial model, and
The space model includes a corresponding boundary surface of the space model corresponding to a boundary surface of the space in contact with the surface of the moving wall, and moves in the moving direction of the transfer wall at the same speed as the moving speed of the moving wall. A fluid flow simulation apparatus comprising: a thin film model having a uniform thickness along the corresponding boundary surface; and a main space model that is stationary regardless of the moving speed.
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