JP2016159215A - Flow analysis method - Google Patents
Flow analysis method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016159215A JP2016159215A JP2015038773A JP2015038773A JP2016159215A JP 2016159215 A JP2016159215 A JP 2016159215A JP 2015038773 A JP2015038773 A JP 2015038773A JP 2015038773 A JP2015038773 A JP 2015038773A JP 2016159215 A JP2016159215 A JP 2016159215A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flow
- pipe
- biopile
- porous layer
- fluid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
本発明は、流れ解析方法に関し、特に、多孔体内を流れる流体の流れを解析する流れ解析方法に関する。 The present invention relates to a flow analysis method, and more particularly to a flow analysis method for analyzing a flow of a fluid flowing in a porous body.
従来、汚染土と汚染土中の汚染物質を分解する好気性の微生物とを混ぜた微生物含有汚染土を作製して当該微生物含有汚染土を盛土し、この盛土した状態の微生物含有汚染土（バイオパイルと呼ばれる）中に管を挿入し、管に取り付けたポンプによって、管内に空気を供給、又は管内の空気を吸引することで、盛土した微生物含有汚染土中の微生物に外部から空気を供給して微生物の活動を活性化させることにより汚染土を浄化する汚染土浄化装置が知られている。このような汚染土壌浄化装置を稼働させて効率的に汚染土を浄化するためには、微生物含有汚染土中への空気の供給状態を知ることが重要となる。
そこで、コンピュータによるシミュレーションによって微生物含有汚染土への空気の供給状態を予測する方法が提案されている。このような汚染土中の空気の流れをコンピュータによりシミュレーションする場合、汚染土壌浄化装置における管やバイオパイルをモデル化し、モデル化された管やバイオパイルの表面に外部境界条件、管からバイオパイルへの流れの影響を伝達するための内部境界条件を設定することで汚染土中の空気の流れを解析している。この内部境界条件は管内における空気の流れの現象とバイオパイルにおける空気の流れの現象とが異なり、シミュレーションにおいて管内とバイオパイル内の流れを１つの方程式で計算することができないために設定される。
しかしながら、管とバイオパイルとの境界における内部境界条件を外的に（計算によらず）設定するためには、実際に管からバイオパイルへとどのように空気が流れているかを実験した上で設定する必要があり、シミュレーションを行う前段において多くの手間と時間を必要としていた。また、バイオパイル内への空気の供給を最適化するために、管径や貫通孔の大きさ、位置や数量を変更したい場合にも、内部境界条件を設定するための実験を行わねばならず、多くの手間と時間を要するという問題がある。
Conventionally, a microorganism-containing contaminated soil is prepared by mixing contaminated soil and aerobic microorganisms that decompose the pollutants in the contaminated soil, and the microorganism-containing contaminated soil is embanked. The pipe is inserted into the pipe), and air is supplied into the pipe by a pump attached to the pipe, or the air in the pipe is sucked in, so that air is supplied from the outside to the microorganisms in the contaminated soil containing microorganisms. There is known a contaminated soil purification device that purifies contaminated soil by activating the activity of microorganisms. In order to operate such a contaminated soil purification apparatus and efficiently purify the contaminated soil, it is important to know the supply state of air into the microorganism-containing contaminated soil.
Therefore, a method for predicting the air supply state to the microorganism-containing contaminated soil by computer simulation has been proposed. When simulating the flow of air in such contaminated soil using a computer, the pipe and biopile in the contaminated soil purification device are modeled, external boundary conditions on the surface of the modeled pipe and biopile, and from pipe to biopile. The flow of air in the contaminated soil is analyzed by setting internal boundary conditions for transmitting the influence of the flow of water. This internal boundary condition is set because the phenomenon of the air flow in the pipe is different from the phenomenon of the air flow in the biopile, and the flow in the pipe and the biopile cannot be calculated by one equation in the simulation.
However, in order to set the internal boundary condition at the boundary between the tube and the biopile externally (without calculation), it is necessary to experiment with how air actually flows from the tube to the biopile. It was necessary to set, and much time and effort were required before the simulation. Also, in order to optimize the air supply into the biopile, if you want to change the pipe diameter, the size, position or quantity of the through hole, you must conduct an experiment to set the internal boundary conditions. There is a problem that it takes a lot of work and time.
そこで、本発明では、汚染土のような多孔層における流体の流れを容易に解析することを可能にする流れ解析方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a flow analysis method that makes it possible to easily analyze the flow of fluid in a porous layer such as contaminated soil.
上記課題を解決するための流れ解析方法として、周面に貫通孔を有した管と、管の周囲を覆う多孔層とを設定し、管に設けた吸排口から管内の流体を排出又は管内に流体を吸入させる場合の多孔層内及び管内の流体の流れを処理装置により解析する流れ解析方法であって、多孔層内の流体の流れを計算するときの多孔層と管との境界における圧力を、管内の流体の流れの計算によって得られた多孔層と管との境界における圧力に設定するステップと、管内の流体の流れを計算するときの多孔層と管との境界における圧力を、多孔層内の流体の流れの計算によって得られた多孔層と管との境界における圧力に設定するステップとを備え、多孔層内及び管内の流体の流れを多孔層と管との境界に設定された圧力に基づいて算出したので、管と多孔層との境界における流れの状態を実験により求めたり、経験に基づいて設定したりする必要を無くし、精度の良い解析を行うことができる。
また、流れ解析方法の他の形態として、管を１つの面としてモデル化するステップを備えたので、管の内周側や外周側に個別に境界条件を設定する必要をなくすことができる。
また、流れ解析方法の他の形態として、管の軸線に沿って所定長さの領域を分布させ、当該所定長さの領域を管の貫通孔としてモデル化するステップを備えたので、管に設けられた貫通孔を簡単に設定することができる。
また、流れ解析方法の他の形態として、管内の流体の圧力をナビエストークス方程式により算出し、多孔層内の流体の圧力をダルシーの方程式により算出したので、管内の流体の流れと、管内の流れに比べてはるかに遅い流れとなる多孔層内の流れとを精度よく計算することができる。
また、管内の流体の圧力をナビエストークス方程式により算出し、多孔層内の流体の圧力をブリンクマン方程式により算出したので、管内の流体の流れと、管内の流れに比べて遅い流れとなる多孔層内の流れとを精度よく計算することができる。
As a flow analysis method for solving the above problems, a pipe having a through-hole on the peripheral surface and a porous layer covering the circumference of the pipe are set, and the fluid in the pipe is discharged from the suction / exhaust port provided in the pipe or into the pipe A flow analysis method for analyzing a flow of fluid in a porous layer and in a pipe when a fluid is sucked by a processing device, and calculating a pressure at a boundary between the porous layer and the pipe when calculating the flow of the fluid in the porous layer. Setting the pressure at the boundary between the porous layer and the tube obtained by calculating the fluid flow in the tube, and the pressure at the boundary between the porous layer and the tube when calculating the fluid flow in the tube, Pressure at the boundary between the porous layer and the tube obtained by calculation of the fluid flow in the porous layer and the tube, and a pressure set at the boundary between the porous layer and the tube in the porous layer Calculated based on the pipe and porous Or determined by the flow of state experiment at the boundary between, eliminating the need or set based on experience, it is possible to perform an accurate analysis.
Further, as another form of the flow analysis method, since the step of modeling the pipe as one surface is provided, it is possible to eliminate the need to set boundary conditions individually on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the pipe.
Further, as another form of the flow analysis method, a step of distributing a region having a predetermined length along the axis of the tube and modeling the region having the predetermined length as a through hole of the tube is provided. The formed through-hole can be easily set.
As another form of the flow analysis method, the fluid pressure in the pipe is calculated by the Navier-Stokes equation, and the fluid pressure in the porous layer is calculated by the Darcy equation. It is possible to accurately calculate the flow in the porous layer that is much slower than the flow in the porous layer.
In addition, the fluid pressure in the pipe is calculated by the Navier-Stokes equation, and the pressure of the fluid in the porous layer is calculated by the Brinkman equation, so the flow of the fluid in the pipe and the porous layer that is slower than the flow in the pipe The flow inside can be calculated with high accuracy.
図１及び図２は、流れ解析装置１の構成を示すブロック図である。図３は、流れ解析装置１による解析対象となる汚染土浄化装置５０の概要を示す図である。
流れ解析装置１は、図３に示すような汚染土を浄化する際に用いられる汚染土浄化装置５０が適用される多孔層としての微生物含有汚染土（以下、バイオパイルという）５１への空気の供給において、最も効率良く汚染土を浄化するように、汚染土浄化装置５０の構成、例えば、バイオパイル５１の盛土量に対するポンプ５３の能力、有孔管５５の管径、有孔管５５の周壁に形成される貫通孔５８、及び貫通孔５８の数量及び位置についての最適な条件を容易に得るようにするものである。
1 and 2 are block diagrams showing the configuration of the flow analysis device 1. FIG. FIG. 3 is a diagram showing an outline of the contaminated soil purification apparatus 50 to be analyzed by the flow analysis apparatus 1.
The flow analysis device 1 is configured to supply air to a microorganism-containing contaminated soil (hereinafter referred to as biopile) 51 as a porous layer to which the contaminated soil purification device 50 used for purifying the contaminated soil as shown in FIG. 3 is applied. In the supply, the configuration of the contaminated soil purification device 50, for example, the capacity of the pump 53 with respect to the embankment amount of the biopile 51, the diameter of the perforated tube 55, the peripheral wall of the perforated tube 55 so as to purify the contaminated soil most efficiently in supply. The optimum conditions for the through-holes 58 and the number and positions of the through-holes 58 are easily obtained.
流れ解析装置１は、いわゆるコンピュータにより構成される処理装置であって、ハードウェア資源として設けられた演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ，ＲＡＭ、通信手段としての入出力インターフェイス等を備える。ＣＰＵが、記憶手段に格納されたシミュレーションプログラムに従って後述の処理を実行する。流れ解析装置１には、キーボードやマウスや或いは、磁気，光学ドライブ等のなどの入力手段２、モニター等の出力手段３が接続されている。また、シミュレーションプログラムは、コンピュータとして構成された流れ解析装置１を後述の各手段として動作させる。 The flow analysis device 1 is a processing device constituted by a so-called computer, and includes a CPU as arithmetic means provided as hardware resources, a ROM and RAM as storage means, an input / output interface as communication means, and the like. The CPU executes processing to be described later according to the simulation program stored in the storage means. Connected to the flow analysis apparatus 1 are an input means 2 such as a keyboard, a mouse, or a magnetic or optical drive, and an output means 3 such as a monitor. Further, the simulation program causes the flow analysis apparatus 1 configured as a computer to operate as each unit described later.
ここで、流れ解析装置１による解析対象となる汚染土浄化装置５０による微生物含有汚染土中の空気の流れの解析について説明する。図３に示すように、汚染土浄化装置５０は、バイオパイル５１を盛土する際に汚染物質の地面への流出を防ぐシート５２と、吸気手段としてのポンプ５３と、バイオパイル５１中に挿入され、管の内外に貫通する貫通孔を備えた有孔管５５と、ポンプ５３により吸引された空気を脱臭して外部に排出する脱臭装置５６と、盛土されたバイオパイル５１への雨水の進入を防ぐ図示しない防水シートとを備える。 Here, the analysis of the air flow in the microorganism-containing contaminated soil by the contaminated soil purification apparatus 50 to be analyzed by the flow analysis apparatus 1 will be described. As shown in FIG. 3, the contaminated soil purification apparatus 50 is inserted into the biopile 51, a sheet 52 that prevents outflow of contaminants to the ground when the biopile 51 is embanked, a pump 53 as an intake means, and the like. A perforated pipe 55 having a through-hole penetrating the inside and outside of the pipe, a deodorizing device 56 for deodorizing the air sucked by the pump 53 and discharging it to the outside, and rainwater entering the embanked biopile 51 A waterproof sheet (not shown) for prevention is provided.
バイオパイル５１は、汚染土と汚染土中の汚染物質を分解する好気性の微生物とが混合された微生物含有汚染土を所定形状に盛土して構成される。バイオパイル５１は、例えば燃料系油分 （ジェット燃料、ガソリン、軽油、重油等）や機械油（潤滑油等）で汚染された汚染土と、これらの油分を分解する分解菌（例えば石油分解菌）と栄養塩や堆肥等とが図外の土壌混練り装置で混練された微生物含有汚染土を所定形状で盛土したものである。 The biopile 51 is configured by embedding a contaminated soil containing microorganisms in a predetermined shape, in which contaminated soil and aerobic microorganisms that decompose the contaminants in the contaminated soil are mixed. The biopile 51 is composed of, for example, contaminated soil contaminated with fuel oil (jet fuel, gasoline, light oil, heavy oil, etc.) or machine oil (lubricant oil, etc.), and degrading bacteria (for example, petroleum degrading bacteria) that decompose these oils. And a microorganism-containing contaminated soil in which a nutrient salt, compost, and the like are kneaded by a soil kneading apparatus (not shown).
図３に示すように、有孔管５５は、直管６１と曲管６２とを組み合わせて環状に形成される。直管６１には、管壁全体に内周側から外周側に貫通する複数の貫通孔５８が形成され、バイオパイル５１に含まれる空気を吸入する吸入部６０を構成する。直管６１の一つには、連結管５４の一端側が貫通して接続される。連結管５４の他端側には、ポンプ５３が接続される。そしてポンプ５３を駆動することにより、連結管５４内及び有孔管５５内の空気が吸入可能に構成される。つまり、有孔管５５に設けられた貫通孔５８は、バイオパイル５１からの空気を吸入する吸入口として機能する。
有孔管５５の周囲には、貫通孔５８をバイオパイル５１が塞がないようにするための多孔層を形成する砕石層５９が設けられる。なお、砕石層５９は、必須ではないが、砕石層５９を設けない場合には、貫通孔５８がバイオパイル５１よって塞がれ、ポンプ５３による吸気効率を低下させる虞がある。そこで、砕石層５９を有孔管５５の周囲に設けることにより、貫通孔５８の目詰まりを防止するだけでなく、バイオパイル５１の内側からの空気の均等な吸引を可能とする。ポンプ５３は、吸入口側を連結管５４に連結して有孔管５５内の空気を吸引することによってバイオパイル表面５１ａからバイオパイル５１内に空気を供給するように構成される。
As shown in FIG. 3, the perforated pipe 55 is formed in an annular shape by combining a straight pipe 61 and a curved pipe 62. The straight pipe 61 is formed with a plurality of through holes 58 penetrating from the inner circumference side to the outer circumference side in the entire pipe wall, and constitutes an inhalation section 60 for inhaling air contained in the biopile 51. One end of the connecting pipe 54 is connected to one of the straight pipes 61 so as to penetrate therethrough. A pump 53 is connected to the other end side of the connecting pipe 54. Then, by driving the pump 53, the air in the connecting pipe 54 and the perforated pipe 55 can be sucked. That is, the through hole 58 provided in the perforated tube 55 functions as an inlet for sucking air from the biopile 51.
Around the perforated tube 55, a crushed stone layer 59 is provided that forms a porous layer so that the biopile 51 does not block the through-hole 58. Note that the crushed stone layer 59 is not essential, but if the crushed stone layer 59 is not provided, the through hole 58 may be blocked by the biopile 51, and the intake efficiency of the pump 53 may be reduced. Therefore, by providing the crushed stone layer 59 around the perforated tube 55, not only can the clogging of the through-hole 58 be prevented, but also air from the inside of the biopile 51 can be evenly sucked. The pump 53 is configured to supply air from the biopile surface 51 a into the biopile 51 by connecting the suction port side to the connecting pipe 54 and sucking air in the perforated pipe 55.
図１に戻り、流れ解析装置１の構成について説明する。なお、本実施形態では、汚染土浄化装置５０を３次元として扱うが、説明の便宜上、以下の説明における各式（１）乃至（５）における流速Ｕｇ、圧力Ｐｇ及び酸素濃度Ｃｏ２についての各次元を用いた表示及び説明は省略する。
流れ解析装置１は、前処理手段１０と、演算処理手段２０と、後処理手段３０とを備える。前処理手段１０は、バイオパイル５１中における空気の流れ及び酸素の供給状態を解析するための計算に用いる種々のデータを設定する。図２（ａ）に示すように、前処理手段１０は、データ読込部１１と、モデル生成部１２と、格子生成部１３と、境界条件設定部１４とを備え、解析対象の形状、メッシュ分割（要素分割）、材料定義、境界条件定義などのデータを生成する。
Returning to FIG. 1, the configuration of the flow analysis device 1 will be described. In the present embodiment, the contaminated soil purification apparatus 50 is treated as three-dimensional, but for convenience of explanation, each dimension for the flow velocity Ug, pressure Pg, and oxygen concentration Co2 in each of the formulas (1) to (5) in the following explanation. Display and description using are omitted.
The flow analysis apparatus 1 includes a preprocessing unit 10, an arithmetic processing unit 20, and a postprocessing unit 30. The pretreatment means 10 sets various data used for calculation for analyzing the flow of air and the supply state of oxygen in the biopile 51. As shown in FIG. 2A, the preprocessing unit 10 includes a data reading unit 11, a model generation unit 12, a lattice generation unit 13, and a boundary condition setting unit 14, and the shape to be analyzed and the mesh division Generate data such as (element division), material definition, boundary condition definition.
データ読込部１１は、入力手段２を介して入力された種々の計算データを読み込む。
計算データには、例えば、物性値データ、要素分割データ、初期条件データ、境界条件データ、が含まれる。物性値データは、解析対象となるバイオパイル５１や砕石層５９の物性値を示す透気係数比Ｋｒｇや固有透過度Ｋ、空気の密度ρｇや粘性係数μｇ、ガス飽和度Ｓｇ、土の間隙率φ、基質濃度Ｓ、体積気相率θｇ、実行拡散係数Ｄｅ、酸素消費速度係数λ、重力加速度ｇ等の物性値に関する情報が纏めて記録されたデータである。要素分割データは、モデル生成部１２によりモデル化された形状を格子生成部１３により複数の小要素に分割するときの分割方法を定義するための情報が記録されたデータである。初期条件データは、バイオパイル５１及び有孔管５５内における初期条件としての流速や圧力を設定するための情報が記録されたデータである。具体的には、有孔管５５内、バイオパイル５１内及び砕石層５９内における空気の初期状態、流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇを設定するデータ、及びバイオパイル５１内における空気の酸素濃度Ｃｏ２の分布を設定するデータである。境界条件データは、境界条件設定部１４において内部境界条件及び外部境界条件を設定するための情報が記録されたデータである。詳細については後述する。
The data reading unit 11 reads various calculation data input via the input unit 2.
The calculation data includes, for example, property value data, element division data, initial condition data, and boundary condition data. The physical property value data includes an air permeability coefficient ratio Krg and an intrinsic permeability K indicating the physical property values of the biopile 51 and the crushed stone layer 59 to be analyzed, an air density ρg, a viscosity coefficient μg, a gas saturation Sg, and a soil porosity. This is data in which information on physical property values such as φ, substrate concentration S, volumetric gas phase rate θg, effective diffusion coefficient De, oxygen consumption rate coefficient λ, and gravitational acceleration g is collectively recorded. The element division data is data in which information for defining a division method for dividing the shape modeled by the model generation unit 12 into a plurality of small elements by the lattice generation unit 13 is recorded. The initial condition data is data in which information for setting a flow velocity and pressure as initial conditions in the biopile 51 and the perforated pipe 55 is recorded. Specifically, the initial state of the air in the perforated pipe 55, the biopile 51 and the crushed stone layer 59, the data for setting the flow velocity Ug and the pressure Pg, and the distribution of the oxygen concentration Co2 of the air in the biopile 51 are shown. Data to be set. The boundary condition data is data in which information for setting the internal boundary condition and the external boundary condition in the boundary condition setting unit 14 is recorded. Details will be described later.
モデル生成部１２は、ＣＡＤ等の作図ソフトウェアによりコンピュータ上で作成された解析対象の形状データに基づいて解析対象をモデル化する。上記汚染土浄化装置５０の形状データは、３次元で作成され、モデル生成部１２により３次元の所定の座標系上にモデル化される。
図４は、図３に示す汚染土浄化装置５０及びバイオパイル５１をモデル生成部１２によりモデル化した図である。同図に示すように、汚染土浄化装置５０及びバイオパイル５１は、多孔層のバイオパイル５１、多孔層の砕石層５９、連結管５４を含む有孔管５５の形状が、個別にモデルデータとしてモデル化される。なお、本実施形態のモデル化では、シート５２及び脱臭装置５６を省略している。また、バイオパイル５１と有孔管５５内との境界となる管壁５５Ａは、内周面と外周面とを区別しない１つの面として表される。したがって、図５（ａ），（ｂ）に示すように、有孔管５５の管壁５５Ａは、断面視において直線状に近似されることになる。実際の有孔管５５には、複数の貫通孔５８が設けられているが、複数の貫通孔５８を直接的にはモデル化せずに後述の境界条件により貫通孔５８の穴径、孔の数量及び孔の位置を表現する。
The model generation unit 12 models the analysis target based on the shape data of the analysis target created on the computer by drawing software such as CAD. The shape data of the contaminated soil purification apparatus 50 is created in three dimensions, and is modeled on a predetermined three-dimensional coordinate system by the model generation unit 12.
FIG. 4 is a diagram in which the contaminated soil purification device 50 and the biopile 51 shown in FIG. 3 are modeled by the model generation unit 12. As shown in the figure, the contaminated soil purification apparatus 50 and the biopile 51 have a porous biopile 51, a porous crushed stone layer 59, and a shape of a perforated pipe 55 including a connecting pipe 54 individually as model data. Modeled. In the modeling of the present embodiment, the sheet 52 and the deodorizing device 56 are omitted. In addition, the tube wall 55A serving as a boundary between the biopile 51 and the perforated tube 55 is represented as one surface that does not distinguish between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface. Therefore, as shown in FIGS. 5A and 5B, the tube wall 55A of the perforated tube 55 is approximated to a straight line in a sectional view. The actual perforated tube 55 is provided with a plurality of through-holes 58, but the plurality of through-holes 58 are not directly modeled, and the diameter and the hole diameter of the through-holes 58 are determined according to boundary conditions described later. Express quantity and hole location.
格子生成部１３は、モデル生成部１２によりモデル化された全てのモデルデータを読み込み、モデルデータ内を所定形状の複数の小要素に分割するための格子を生成する。本実施形態では、解析対象を３次元として扱うため、バイオパイル５１、砕石層５９、連結管５４を含む有孔管５５内等の各モデルデータを例えば４面体の小要素に分割する。なお、小要素の形状は、４面体に限らず６面体等他の立体形状であっても良い。 The lattice generation unit 13 reads all model data modeled by the model generation unit 12 and generates a lattice for dividing the model data into a plurality of small elements having a predetermined shape. In the present embodiment, in order to treat the analysis target as three-dimensional, each model data in the perforated pipe 55 including the biopile 51, the crushed stone layer 59, and the connecting pipe 54 is divided into, for example, tetrahedral small elements. The shape of the small element is not limited to a tetrahedron, but may be another three-dimensional shape such as a hexahedron.
境界条件設定部１４は、詳細には、外部境界条件設定部１５と、内部境界条件設定部１６とを有し、格子生成部１３によって生成されたモデルデータの格子点に外部境界条件と内部境界条件とを設定する。
外部境界条件設定部１５は、図４及び図５に示すバイオパイル設置面のシート５２、バイオパイル表面５１ａ、バイオパイル５１から露出する連結管５４及び連結管５４のポンプ５３が取り付けられる開放端面５４Ａに境界条件を設定する。なお、開放端面５４Ａとは、実際の連結管５４における内周側空間への入り口を意味する。
シート５２には、流れなし（流速ゼロ）を設定する。バイオパイル表面５１ａには、大気圧を設定する。連結管５４の開放端面５４Ａには、ポンプ５３の駆動力を設定する。なお、図４及び図５（ａ）に示すように、連結管５４は、一部がバイオパイル５１から外部に露出し、残りがバイオパイル５１の内部にあるため、バイオパイル５１の内部にある残余部分については、内部境界条件設定部１６により境界条件を設定する。
Specifically, the boundary condition setting unit 14 includes an external boundary condition setting unit 15 and an internal boundary condition setting unit 16, and external boundary conditions and internal boundaries are added to the lattice points of the model data generated by the lattice generation unit 13. Set conditions.
The external boundary condition setting unit 15 includes an open end surface 54A to which the sheet 52 of the biopile installation surface, the biopile surface 51a, the connection pipe 54 exposed from the biopile 51 and the pump 53 of the connection pipe 54 shown in FIGS. Set the boundary condition to. Note that the open end surface 54A means an entrance to the inner circumferential side space in the actual connecting pipe 54.
No flow (zero flow rate) is set for the sheet 52. An atmospheric pressure is set on the biopile surface 51a. A driving force of the pump 53 is set on the open end surface 54 </ b> A of the connecting pipe 54. 4 and 5A, a part of the connecting pipe 54 is exposed to the outside from the biopile 51 and the rest is inside the biopile 51, so that the connecting pipe 54 is inside the biopile 51. For the remaining part, boundary conditions are set by the internal boundary condition setting unit 16.
図５（ａ）は、図４における連結管５４の軸線に沿う切断面Ａを示し、図５（ｂ）は、図４における有孔管５５の軸線に沿う切断面Ｂを示す。
内部境界条件設定部１６は、有孔管５５と砕石層５９との境界面５５０、砕石層５９とバイオパイル５１との境界面５５１、及び、バイオパイル５１内に位置する連結管５４に境界条件を設定する。有孔管５５と砕石層５９の境界となる有孔管５５の管壁５５Ａは、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、モデル生成部１２により管壁５５Ａの厚さを無視した１つの境界面５５０としてモデル化されており、この境界面５５０を介してポンプ５３の駆動により有孔管５５内に発生した負圧の影響が砕石層５９内に伝達される。境界面５５０は、有孔管５５内の空気の流れを計算する空間と、砕石層５９内の空気の流れを計算する空間との共通部分である。実際の有孔管５５には複数の貫通孔５８が形成されており、この貫通孔５８を介して砕石層５９内の空気が有孔管５５内に吸入されることになるが、有孔管５５をモデル化した境界面５５０には、有孔管５５の管壁５５Ａに設けられる貫通孔５８の大きさや位置及び数量についての情報が表現されていない。そこで、有孔管５５の貫通孔５８の大きさや位置及び数量による影響を表現するため、以下で説明するように、境界条件を設定する。
5A shows a cut surface A along the axis of the connecting tube 54 in FIG. 4, and FIG. 5B shows a cut surface B along the axis of the perforated tube 55 in FIG.
The internal boundary condition setting unit 16 includes boundary conditions for the boundary surface 550 between the perforated pipe 55 and the crushed stone layer 59, the boundary surface 551 between the crushed stone layer 59 and the biopile 51, and the connecting pipe 54 located in the biopile 51. Set. As shown in FIGS. 5A and 5B, the wall 55A of the perforated pipe 55 serving as the boundary between the perforated pipe 55 and the crushed stone layer 59 is ignored by the model generation unit 12 in the thickness of the pipe wall 55A. It is modeled as one boundary surface 550, and the influence of negative pressure generated in the perforated pipe 55 by driving the pump 53 is transmitted to the crushed stone layer 59 through this boundary surface 550. The boundary surface 550 is a common part between the space for calculating the air flow in the perforated pipe 55 and the space for calculating the air flow in the crushed stone layer 59. A plurality of through holes 58 are formed in the actual perforated pipe 55, and air in the crushed stone layer 59 is sucked into the perforated pipe 55 through the through holes 58. In the boundary surface 550 that models 55, information on the size, position, and quantity of the through hole 58 provided in the tube wall 55A of the perforated tube 55 is not expressed. Therefore, in order to express the influence of the size, position, and quantity of the through hole 58 of the perforated tube 55, boundary conditions are set as described below.
例えば、複数の貫通孔５８を有孔管５５に設ける場合に、基準とする所定の孔径で有孔管５５の軸線方向及び管壁５５Ａの円周方向に均等な間隔で分布させる方法が考えられるが、本実施形態では、円周方向の貫通孔５８の分布状態を考慮せずに、有孔管５５の軸線方向にのみ分布するものとして近似して、貫通孔５８の有無を境界条件として設定する。具体的には、図５（ｂ）に示すように、有孔管５５の直管６１を軸線に沿って所定長さの複数の環状領域に分割し、例えば、図中のクロスハッチで示すように複数の環状領域を選択して吸入部６０として分布させる。つまり、吸入部６０全体が貫通孔５８としてモデル化される。したがって、格子生成部１３により生成された格子点において、吸入部６０上に位置する格子点を貫通孔５８として扱う。
すなわち、図５（ｂ），図６に示すように、有孔管５５の直管６１の軸線方向に沿って所定長さの範囲を貫通孔５８が設けられた吸入部６０として分布させ、残りの部分を貫通孔５８のない壁部６４として分布させる。これにより、有孔管５５においてポンプ５３による吸引力は、吸入部６０を介して砕石層５９側に伝達される。また、壁部６４は、ポンプ５３による吸引力が砕石層５９側に伝達されない壁として流れなし（流速ゼロ）の境界条件が設定される。
したがって、上述の吸入部６０の分布及び範囲を変更することにより、有孔管５５における貫通孔５８の大きさや位置及び数量による影響を表現することができる。
For example, when a plurality of through-holes 58 are provided in the perforated tube 55, a method of distributing them at equal intervals in the axial direction of the perforated tube 55 and the circumferential direction of the tube wall 55A with a predetermined hole diameter as a reference is conceivable. However, in this embodiment, the distribution state of the through-holes 58 in the circumferential direction is not taken into consideration, and it is approximated as being distributed only in the axial direction of the perforated pipe 55, and the presence or absence of the through-holes 58 is set as a boundary condition. To do. Specifically, as shown in FIG. 5 (b), the straight pipe 61 of the perforated pipe 55 is divided into a plurality of annular regions of a predetermined length along the axis, for example, as shown by a cross hatch in the figure. A plurality of annular regions are selected and distributed as the suction part 60. That is, the entire suction part 60 is modeled as a through hole 58. Therefore, the lattice points located on the suction portion 60 among the lattice points generated by the lattice generation unit 13 are handled as the through holes 58.
That is, as shown in FIGS. 5B and 6, a range of a predetermined length is distributed as the suction portion 60 provided with the through-hole 58 along the axial direction of the straight pipe 61 of the perforated pipe 55, and the rest This portion is distributed as the wall portion 64 without the through hole 58. Thereby, the suction force by the pump 53 in the perforated tube 55 is transmitted to the crushed stone layer 59 side through the suction part 60. The wall 64 is set as a wall where no suction force from the pump 53 is transmitted to the crushed stone layer 59, and a boundary condition of no flow (zero flow velocity) is set.
Therefore, by changing the distribution and range of the suction portion 60 described above, it is possible to express the influence of the size, position, and quantity of the through holes 58 in the perforated tube 55.
図６は、有孔管５５の吸入部６０として設定された境界部分における拡大図である。同図において、破線が境界面５５０を示し、黒丸Ａ１，Ａ２及び黒丸Ａ５，Ａ６が壁部６４として設定された格子点、白丸Ａ３，Ａ４及び白丸Ａ７乃至Ａ９が吸入部６０として設定された格子点を示している。白丸Ａ３，Ａ４及び白丸Ａ７乃至Ａ９は、吸入部６０として設定された格子点であるため、有孔管５５内の流れの計算において計算される格子点であるとともに、砕石層５９内の流れの計算において計算される格子点でもある。そのため、白丸Ａ３，Ａ４及び白丸Ａ７乃至Ａ９のそれぞれの格子点には、有孔管５５内の流れの計算により得られる流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇと、砕石層５９内の流れの計算により得られる流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇの両方が設定される。 FIG. 6 is an enlarged view of the boundary portion set as the suction portion 60 of the perforated pipe 55. In the figure, the broken line indicates the boundary surface 550, the grid points where the black circles A1 and A2 and the black circles A5 and A6 are set as the wall portion 64, and the white circles A3 and A4 and the white circles A7 to A9 are set as the suction portion 60. Shows the point. Since the white circles A3 and A4 and the white circles A7 to A9 are lattice points set as the suction portion 60, they are lattice points calculated in the calculation of the flow in the perforated pipe 55 and the flow in the crushed stone layer 59. It is also a grid point calculated in the calculation. Therefore, at the lattice points of the white circles A3 and A4 and the white circles A7 to A9, the flow velocity Ug and the pressure Pg obtained by calculating the flow in the perforated tube 55 and the flow velocity obtained by calculating the flow in the crushed stone layer 59 are obtained. Both Ug and pressure Pg are set.
図７は、有孔管５５と砕石層５９との境界における物理量の伝達を示す図である。同図の三角点は、有孔管５５内の流れを計算する際の流速Ｕｇや圧力Ｐｇ等の物理量が設定される格子点を示し、四角点は、砕石層５９内の流れを計算する際の流速Ｕｇや圧力Ｐｇ等の物理量が設定される格子点を示している。そして、内部境界条件設定手段では、後述の演算処理手段２０により有孔管５５内の流れを計算する際には、図７（ａ）の破線で囲むように、図６に示した白丸Ａ３，Ａ４及び白丸Ａ７乃至Ａ９の位置に、図７（ａ）に示すように砕石層５９内の流れの計算により得られた流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇを設定する。また、砕石層５９内の流れを計算する際には、図６に示した白丸Ａ３，Ａ４及び白丸Ａ７乃至Ａ９の位置に、図７（ｂ）の破線に示すように、有孔管５５内の流れの計算により得られた流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇを用いるように境界条件を設定する。このように有孔管５５と砕石層５９との境界における流れの界面を内部境界条件として与えることで、後述の演算処理手段２０により有孔管５５内の流れと砕石層５９内の流れとを直接関連付けて一度に計算することができる。 FIG. 7 is a diagram illustrating transmission of physical quantities at the boundary between the perforated pipe 55 and the crushed stone layer 59. The triangular points in the figure indicate lattice points where physical quantities such as the flow velocity Ug and pressure Pg when calculating the flow in the perforated pipe 55 are set, and the square points indicate when calculating the flow in the crushed stone layer 59. The lattice points where physical quantities such as the flow velocity Ug and the pressure Pg are set are shown. Then, in the internal boundary condition setting means, when calculating the flow in the perforated pipe 55 by the arithmetic processing means 20 described later, the white circles A3 and A3 shown in FIG. At the positions of A4 and white circles A7 to A9, the flow velocity Ug and the pressure Pg obtained by calculation of the flow in the crushed stone layer 59 are set as shown in FIG. Further, when calculating the flow in the crushed stone layer 59, the positions of the white circles A3 and A4 and the white circles A7 to A9 shown in FIG. The boundary conditions are set so as to use the flow velocity Ug and the pressure Pg obtained by the calculation of the flow. Thus, by giving the flow interface at the boundary between the perforated tube 55 and the crushed stone layer 59 as an internal boundary condition, the flow in the perforated tube 55 and the flow in the crushed stone layer 59 are caused by the arithmetic processing means 20 described later. Can be calculated directly at the same time.
また、有孔管５５に設けられた複数の貫通孔５８を吸入部６０として分布させて境界条件を設定することにより、バイオパイル５１への酸素の供給を最適化するにあたり、貫通孔５８の孔径や軸線方向における分布の変更をモデル生成部１２による再度のモデル化を行うことなくシミュレーションできるので、バイオパイル５１への酸素の供給を最適化する際の汚染土浄化装置５０の設定に係る種々の条件を得るまでの時間を短縮することができる。 Further, by distributing the plurality of through holes 58 provided in the perforated pipe 55 as the suction portion 60 and setting boundary conditions, the hole diameter of the through hole 58 is optimized when the supply of oxygen to the biopile 51 is optimized. And a change in the distribution in the axial direction can be simulated without re-modeling by the model generation unit 12, so various types of settings relating to the setting of the contaminated soil purification device 50 when optimizing the supply of oxygen to the biopile 51 are performed. The time required to obtain the conditions can be shortened.
図８（ａ），（ｂ）は、砕石層５９とバイオパイル５１との境界における物理量の伝達を示す図である。同図の四角点は、砕石層５９内の流れを計算する際の流速Ｕｇや圧力Ｐｇ等の物理量が設定される格子点を示し、逆三角点は、バイオパイル５１内の流れを計算する際の流速Ｕｇや圧力Ｐｇ等の物理量が設定される格子点を示している。また、図中の格子点Ｂ１乃至Ｂ９は、砕石層５９とバイオパイル５１との境界面５５１上の格子点を示している。同図に示すように、内部境界条件設定部１６では、有孔管５５と砕石層５９との間の内部境界条件の設定と同様に、砕石層５９とバイオパイル５１との間にも内部境界条件を設定する。すなわち、砕石層５９とバイオパイル５１との境界面５５１上の格子点Ｂ１乃至Ｂ９に、砕石層５９内の流れの計算により得られる流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇと、バイオパイル５１内の流れの計算により得られる圧力Ｐｇ及び当該圧力Ｐｇに基づいて算出した流速Ｕｇと、の両方を設定する。そして、後述の演算処理手段２０の砕石層内流れ算出部２２により砕石層５９内の流れを計算する際には、図８（ａ）の破線に示すように、バイオパイル５１内の流れの計算により得られた境界面５５１上の圧力Ｐｇを用い、バイオパイル５１内の流れを計算する際には、図８（ｂ）の破線に示すように、砕石層５９内の流れの計算により得られた境界面５５１上の流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇを用いるように設定する。なお、上述のバイオパイル５１内の流れの計算により得られた圧力Ｐｇに基づいて算出される流速Ｕｇは、格子点Ｂ１乃至Ｂ９に設定された圧力Ｐｇを、格子点Ｂ１乃至Ｂ９と当該格子点Ｂ１乃至Ｂ９にバイオパイル５１側で隣接する格子点との距離で微分し、バイオパイル５１における透気係数を乗じることで得られる。このように砕石層５９とバイオパイル５１との境界における流れを内部境界条件として与えることで、砕石層５９内の流れとバイオパイル５１内の流れとを直接関連付けて一度に計算することができる。 FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating transmission of physical quantities at the boundary between the crushed stone layer 59 and the biopile 51. Square points in the figure indicate lattice points at which physical quantities such as flow velocity Ug and pressure Pg when calculating the flow in the crushed stone layer 59 are set, and inverted triangle points indicate when the flow in the biopile 51 is calculated. The lattice points where physical quantities such as the flow velocity Ug and the pressure Pg are set are shown. In addition, lattice points B1 to B9 in the figure indicate lattice points on the boundary surface 551 between the crushed stone layer 59 and the biopile 51. As shown in the figure, in the internal boundary condition setting unit 16, the internal boundary between the crushed stone layer 59 and the biopile 51 is set in the same manner as the setting of the internal boundary condition between the perforated pipe 55 and the crushed stone layer 59. Set conditions. That is, at the lattice points B1 to B9 on the boundary surface 551 between the crushed stone layer 59 and the biopile 51, the flow velocity Ug and pressure Pg obtained by calculating the flow in the crushed stone layer 59 and the flow in the biopile 51 are calculated. Both the obtained pressure Pg and the flow velocity Ug calculated based on the pressure Pg are set. When the flow in the crushed stone layer 59 is calculated by the calcified bed flow calculating section 22 of the arithmetic processing means 20 described later, the flow in the biopile 51 is calculated as shown by the broken line in FIG. When the flow in the biopile 51 is calculated using the pressure Pg on the boundary surface 551 obtained by the above, it is obtained by calculating the flow in the crushed stone layer 59 as shown by the broken line in FIG. The flow velocity Ug and the pressure Pg on the boundary surface 551 are set to be used. The flow velocity Ug calculated based on the pressure Pg obtained by the calculation of the flow in the biopile 51 described above is the pressure Pg set at the lattice points B1 to B9, and the lattice points B1 to B9 and the lattice points. It is obtained by differentiating B1 to B9 by the distance from the adjacent lattice point on the biopile 51 side and multiplying by the air permeability coefficient in the biopile 51. Thus, by giving the flow at the boundary between the crushed stone layer 59 and the biopile 51 as an internal boundary condition, the flow in the crushed stone layer 59 and the flow in the biopile 51 can be directly correlated and calculated at a time.
上述したように、有孔管５５と砕石層５９、砕石層５９とバイオパイル５１との間に内部境界条件を設定しておくことで、シミュレーションに用いることを目的として従来のように実際に実験を行い、有孔管５５と砕石層５９との間、及び砕石層５９とバイオパイル５１との間の境界条件に設定するための具体的な数値を得て、流れ解析装置１に入力する必要を無くすことができる。 As described above, by setting internal boundary conditions between the perforated pipe 55 and the crushed stone layer 59, and between the crushed stone layer 59 and the biopile 51, an experiment is actually performed as in the past for the purpose of use in the simulation. To obtain specific numerical values for setting the boundary conditions between the perforated pipe 55 and the crushed stone layer 59 and between the crushed stone layer 59 and the biopile 51, and input them to the flow analysis device 1. Can be eliminated.
図２（ｂ）に示すように、演算処理手段２０は、有孔管内流れ算出部２１と、砕石層内流れ算出部２２と、バイオパイル内流れ算出部２３と、酸素濃度算出部２４とを有し、前処理手段１０により処理されたデータに基づいてポンプ５３の吸引によるバイオパイル５１内、砕石層５９内、有孔管５５内の空気の流れ、及びバイオパイル５１内の酸素濃度Ｃｏ２の変化を計算する。
以下、演算処理手段２０による空気の流れの計算、及びバイオパイル５１内における酸素濃度Ｃｏ２の計算について説明する。
As shown in FIG. 2B, the arithmetic processing means 20 includes a perforated pipe flow calculation unit 21, a crushed stone flow calculation unit 22, a biopile flow calculation unit 23, and an oxygen concentration calculation unit 24. And the flow of air in the biopile 51, the crushed stone layer 59, the perforated pipe 55, and the oxygen concentration Co2 in the biopile 51 based on the data processed by the pretreatment means 10. Calculate the change.
Hereinafter, calculation of the air flow by the arithmetic processing means 20 and calculation of the oxygen concentration Co2 in the biopile 51 will be described.
有孔管内流れ算出部２１は、下記の式（１）に示すナビエストークス方程式に基づいて有孔管５５内の空気の流れを計算する。
砕石層内流れ算出部２２は、下記式（２）に示すブリンクマン方程式に基づいて砕石層５９内の空気の流れを計算する。
The crushed stone layer flow calculation unit 22 calculates the flow of air in the crushed stone layer 59 based on the Brinkman equation shown in the following equation (2).
バイオパイル内流れ算出部２３は、下記の式（３）に示すダルシーの方程式に基づいてバイオパイル５１内の空気の流れを計算する。下記に示すダルシーの方程式は、ダルシー則と呼ばれる。
なお、上記式（１）及び式（２）は、下記の式（４）に示す連続の式と合わせて計算される。
なお、上記式（１）による有孔管５５内の空気の流れの計算では、砕石層５９との境界において上述の内部境界条件の設定により、式（２）のブリンクマン方程式により求められる吸入部６０における空気の流速Ｕｇが、式（１）における吸入部６０の空気の流速Ｕｇとして設定される。
また、上記式（２）による砕石層５９内の空気の流れの計算では、有孔管５５側の境界において上述の内部境界条件の設定により、式（１）のナビエストークス方程式により求められる吸入部６０の空気の流速Ｕｇが、式（２）における吸入部６０の空気の流速Ｕｇとして設定される。
さらに、バイオパイル５１側の境界において上述の内部境界条件の設定により、式（３）のダルシーの方程式により求められる境界面５５１における空気の流速Ｕｇが、式（２）におけるバイオパイル５１との境界面５５１における空気の流速Ｕｇとして設定される。
また、上記式（３）によるバイオパイル５１内の空気の流れの計算では、上述の内部境界条件の設定により、式（２）のブリンクマン方程式により求められる境界面５５１における空気の流速Ｕｇが、式（３）におけるバイオパイル５１との境界面５５１における空気の流速Ｕｇとして設定される。
In the calculation of the air flow in the perforated pipe 55 according to the above equation (1), the suction portion obtained by the Brinkman equation of the equation (2) by setting the above internal boundary condition at the boundary with the crushed stone layer 59. The air flow rate Ug at 60 is set as the air flow rate Ug of the suction part 60 in the equation (1).
Further, in the calculation of the air flow in the crushed stone layer 59 by the above equation (2), the suction portion obtained by the Navier-Stokes equation of the equation (1) by setting the internal boundary condition at the boundary on the perforated tube 55 side. The air flow rate Ug of 60 is set as the air flow rate Ug of the suction part 60 in the equation (2).
Furthermore, the air flow velocity Ug at the boundary surface 551 determined by the Darcy equation of the equation (3) is set to the boundary with the biopile 51 in the equation (2) by setting the internal boundary condition at the boundary on the biopile 51 side. It is set as the air flow velocity Ug on the surface 551.
Further, in the calculation of the air flow in the biopile 51 according to the above equation (3), the flow velocity Ug of the air at the boundary surface 551 determined by the Brinkman equation of the equation (2) by the setting of the above internal boundary condition is It is set as the air flow velocity Ug at the boundary surface 551 with the biopile 51 in the equation (3).
酸素濃度算出部２４は、有孔管内流れ算出部２１、砕石層内流れ算出部２２及びバイオパイル内流れ算出部２３により計算された空気の流れの分布に基づいて、下記の式（５）で示す移流拡散方程式を解くことによりバイオパイル５１内における酸素濃度Ｃｏ２の変化を時系列的に計算する。
なお、上記式（１）乃至式（５）における流体の密度、流体の粘性係数は変化しないものとし、上述のデータ読込部１１によって読み込まれた物性値データの値が入力される。上記各式（１）乃至（５）における透気係数比Ｋｒｇや固有透過度Ｋ、空気の密度ρｇや粘性係数μｇ、ガス飽和度Ｓｇ、土の間隙率φ、基質濃度Ｓ、体積気相率θｇ、実行拡散係数Ｄｅ、酸素消費速度係数λ、重力加速度ｇに具体的な数値が設定される。具体的には、空気の密度ρｇには、１．０ｋｇ/ｍ３、空気の粘性係数μｇには、１×１０-５Ｐａ・ｓ等が入力される。また、透気係数比Ｋｒｇや固有透過度Ｋ、空気の密度ρｇや粘性係数μｇ、ガス飽和度Ｓｇ、土の間隙率φ、基質濃度Ｓ、体積気相率θｇ、実行拡散係数Ｄｅ、酸素消費速度係数λについても同様に具体的な数値が設定される。 Note that the fluid density and the fluid viscosity coefficient in the equations (1) to (5) are not changed, and the values of the physical property value data read by the data reading unit 11 are input. Air permeability coefficient ratio Krg and intrinsic permeability K, air density ρg, viscosity coefficient μg, gas saturation Sg, soil porosity φ, substrate concentration S, volumetric gas phase rate in the above formulas (1) to (5) Specific values are set for θg, effective diffusion coefficient De, oxygen consumption rate coefficient λ, and gravitational acceleration g. Specifically, 1.0 kg / m 3 is input to the air density ρg, and 1 × 10 −5 Pa · s or the like is input to the air viscosity coefficient μg. Also, the air permeability coefficient ratio Krg, intrinsic permeability K, air density ρg, viscosity coefficient μg, gas saturation Sg, soil porosity φ, substrate concentration S, volumetric gas phase rate θg, effective diffusion coefficient De, oxygen consumption Similarly, a specific numerical value is set for the speed coefficient λ.
後処理手段３０は、演算処理手段２０の計算により得られた有孔管５５内、砕石層５９内及びバイオパイル５１内の流れ状態、及びバイオパイル５１内の酸素濃度Ｃｏ２の分布状態を、出力手段３としてのモニターに表示なデータに処理する。例えば、モデル化された有孔管５５、砕石層５９及びバイオパイル５１の形状データ上に、図１０に示すように、空気の流れを示す流線や、図１２に示すような、酸素濃度Ｃｏ２の濃度の濃淡を示すコンター図、図１３，図１４に示すようなグラフ等をモニター上に表示可能に処理するとともに、その処理結果をモニターに出力する。 The post-processing unit 30 outputs the flow state in the perforated pipe 55, the crushed stone layer 59 and the biopile 51, and the distribution state of the oxygen concentration Co2 in the biopile 51 obtained by the calculation of the arithmetic processing unit 20. Data displayed on the monitor as means 3 is processed. For example, on the modeled shape data of the perforated pipe 55, the crushed stone layer 59, and the biopile 51, as shown in FIG. 10, streamlines indicating the flow of air, as shown in FIG. 12, and oxygen concentration Co2 as shown in FIG. FIG. 13 and FIG. 14 are processed so that they can be displayed on the monitor, and the processing results are output to the monitor.
図９（ａ），（ｂ）は、流れ解析装置１による処理を示すフローチャートである。以下、同図を用いて流れ解析装置１の処理動作について説明する。
Ｓ１０１：計算データの読込を実行する。具体的には、バイオパイル５１の盛土形状データ及び汚染土浄化装置５０の形状データや、境界条件を読込み設定する。
Ｓ１０２：計算条件を設定する。Ｓ１０２による処理は、Ｓ２０１乃至Ｓ２０３に示すように実行される。
Ｓ２０１：バイオパイル５１及び汚染土浄化装置５０の形状データに基づいてモデルデータを生成する。
Ｓ２０２：生成されたモデルデータを複数の小要素に分割して計算格子を生成する。
Ｓ２０３：入力された計算データに基づき、内部境界条件及び外部境界条件を設定する。
Ｓ１０３：式（１）乃至式（４）により、バイオパイル５１内、砕石層５９内及び有孔管５５内の空気の流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇを計算する。
Ｓ１０４：バイオパイル５１内、砕石層５９内及び有孔管５５内の空気の流速Ｕｇ分布及び圧力Ｐｇ分布を出力する。
Ｓ１０５：酸素濃度計算条件を設定する。具体的には、Ｓ１０４により出力されたバイオパイル５１内、砕石層５９内及び有孔管５５内の空気の流速Ｕｇ分布及び圧力Ｐｇ分布及び酸素消費量及び濃度境界条件を設定する。
Ｓ１０６：バイオパイル５１内、砕石層５９内及び有孔管５５内の酸素濃度Ｃｏ２を所定の時間ステップで計算して、バイオパイル５１内、砕石層５９内及び有孔管５５内の酸素濃度Ｃｏ２の時間変化を計算する。
Ｓ１０７：酸素濃度Ｃｏ２の計算結果を出力する。
Ｓ１０８：酸素濃度Ｃｏ２の分布状態を判定する。具体的には、バイオパイル５１内における酸素濃度Ｃｏ２の供給が十分であるかや供給過多であるかを判定する。例えば、判定方法には、後処理手段３０の処理によりモニターに表示された酸素濃度Ｃｏ２の分布や時間変化を作業者の視認により判定する。判定により、最適条件が得られた場合にはＳ１０９に移行してシミュレーションを終了し、最適条件が得られない場合には、Ｓ１１０に移行する。
Ｓ１１０：シミュレーションの計算条件の変更を入力する。具体的には、内部境界条件設定部１６による内部境界条件の設定の定義を変更、または、外部境界条件設定部１５による外部境界条件の設定の定義を変更する。例えば、バイオパイル５１の規模、ポンプ５３の吸引能力、有孔管５５及び連結管５４の管径、有孔管５５における吸入部６０の分布を変更する。このＳ１１０での入力により、Ｓ１０２で設定された同じデータが上書される。そして、Ｓ１１０で入力された条件により新たにシミュレーションが実行される。シミュレーション条件の入力後Ｓ１０２乃至Ｓ１０８を繰り返し、最適条件が得られた場合にＳ１０９に移行してシミュレーションを終了する。
FIGS. 9A and 9B are flowcharts showing processing by the flow analysis device 1. Hereinafter, the processing operation of the flow analysis apparatus 1 will be described with reference to FIG.
S101: Reading calculation data is executed. Specifically, the embankment shape data of the biopile 51, the shape data of the contaminated soil purification device 50, and boundary conditions are read and set.
S102: Setting calculation conditions. The process in S102 is executed as shown in S201 to S203.
S201: Model data is generated based on the shape data of the biopile 51 and the contaminated soil purification apparatus 50.
S202: Divide the generated model data into a plurality of small elements to generate a calculation grid.
S203: An internal boundary condition and an external boundary condition are set based on the input calculation data.
S103: The flow velocity Ug and pressure Pg of the air in the biopile 51, the crushed stone layer 59, and the perforated pipe 55 are calculated by the equations (1) to (4).
S104: The flow velocity Ug distribution and pressure Pg distribution of the air in the biopile 51, the crushed stone layer 59, and the perforated pipe 55 are output.
S105: Oxygen concentration calculation conditions are set. Specifically, the flow velocity Ug distribution, the pressure Pg distribution, the oxygen consumption amount, and the concentration boundary conditions of the air in the biopile 51, the crushed stone layer 59, and the perforated pipe 55 output in S104 are set.
S106: The oxygen concentration Co2 in the biopile 51, the crushed stone layer 59, and the perforated pipe 55 is calculated at a predetermined time step, and the oxygen concentration Co2 in the biopile 51, the crushed stone layer 59, and the perforated pipe 55 is calculated. Calculate the time change of.
S107: The calculation result of the oxygen concentration Co2 is output.
S108: The distribution state of the oxygen concentration Co2 is determined. Specifically, it is determined whether the supply of the oxygen concentration Co2 in the biopile 51 is sufficient or excessive. For example, in the determination method, the distribution of oxygen concentration Co2 displayed on the monitor by the processing of the post-processing means 30 and the change over time are determined by visual recognition of the operator. If it is determined that the optimum condition is obtained, the process proceeds to S109 and the simulation is terminated. If the optimum condition is not obtained, the process proceeds to S110.
S110: Input a change in calculation conditions for simulation. Specifically, the internal boundary condition setting definition by the internal boundary condition setting unit 16 is changed, or the external boundary condition setting definition by the external boundary condition setting unit 15 is changed. For example, the scale of the biopile 51, the suction capacity of the pump 53, the diameters of the perforated pipe 55 and the connecting pipe 54, and the distribution of the suction portion 60 in the perforated pipe 55 are changed. By the input in S110, the same data set in S102 is overwritten. Then, a new simulation is executed according to the conditions input in S110. After inputting the simulation conditions, S102 to S108 are repeated, and when the optimum condition is obtained, the process proceeds to S109 and the simulation is terminated.
［実施例］
物性値データには、バイオパイル５１内の土壌の物性値として、図１１の表１及び表２に示す実測値を設定した。なお、実際の実験により得たポンプ５３の吸気速度、図１１の表１及び表２に示したバイオパイル５１の物性値は、シミュレーションに使用する境界条件を得ることを目的に行われた実験ではなく、実際の実験と同じ条件でシミュレーションするために採用した値である。初期条件データには、バイオパイル５１内、砕石層５９内及び有孔管５５内における空気の圧力を大気圧、流れなし（流速ゼロ）、酸素濃度Ｃｏ２を２１％を設定した。境界条件データとして、外部境界条件には、バイオパイル表面５１ａに空気の圧力を大気圧、酸素濃度２１％に設定した。また、ポンプ５３が設置される位置の連結管５４の開放端面５４Ａに実際の実験に使用したポンプ５３の吸気速度を設定した。具体的には、ポンプ５３の吸引力として２２０Ｌ／ｍｉｎを外部境界条件に設定した。
内部境界条件として、有孔管５５と砕石層５９との境界には、有孔管５５の空気の流れを計算したときの流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇが、砕石層５９の空気の流れを計算するときの流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇとなるように設定する。また、砕石層５９の空気の流れを計算したときの流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇが、有孔管５５の空気の流れを計算するときの流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇとなるように設定する。
また、砕石層５９とバイオパイル５１との境界には、砕石層５９の空気の流れを計算したときの流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇが、バイオパイル５１の空気の流れを計算するときの流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇとなるように設定する。また、バイオパイル５１の空気の流れを計算したときの流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇが、砕石層５９の空気の流れを計算するときの流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇとなるように設定する。
そして、実際の実験で得られた結果と、上述の方法によりシミュレーションで得られた結果とを比較することにより、本実施形態に係るシミュレーション方法の妥当性を評価した。
[Example]
In the physical property value data, actual measured values shown in Table 1 and Table 2 in FIG. 11 were set as the physical property values of the soil in the biopile 51. Note that the intake speed of the pump 53 obtained by actual experiments and the physical property values of the biopile 51 shown in Tables 1 and 2 in FIG. 11 are the values obtained in the experiments conducted for the purpose of obtaining boundary conditions used in the simulation. Rather, the values are used for simulation under the same conditions as in actual experiments. In the initial condition data, the air pressure in the biopile 51, the crushed stone layer 59, and the perforated pipe 55 was set to atmospheric pressure, no flow (no flow rate), and the oxygen concentration Co2 was set to 21%. As boundary condition data, the air pressure on the biopile surface 51a was set to atmospheric pressure and the oxygen concentration was 21% as the external boundary condition. The intake speed of the pump 53 used in the actual experiment was set on the open end face 54A of the connecting pipe 54 at the position where the pump 53 is installed. Specifically, 220 L / min was set as the external boundary condition as the suction force of the pump 53.
As an internal boundary condition, the flow velocity Ug and the pressure Pg when the air flow of the perforated tube 55 is calculated are calculated at the boundary between the perforated tube 55 and the crushed stone layer 59 when the air flow of the crushed stone layer 59 is calculated. The flow rate Ug and the pressure Pg are set. Further, the flow velocity Ug and the pressure Pg when calculating the air flow of the crushed stone layer 59 are set to be the flow velocity Ug and the pressure Pg when calculating the air flow of the perforated tube 55.
Further, at the boundary between the crushed stone layer 59 and the biopile 51, the flow velocity Ug and pressure Pg when the air flow of the crushed stone layer 59 is calculated are the flow velocity Ug and pressure when the air flow of the biopile 51 is calculated. Set to be Pg. Further, the flow velocity Ug and the pressure Pg when calculating the air flow of the biopile 51 are set to be the flow velocity Ug and the pressure Pg when calculating the air flow of the crushed stone layer 59.
Then, the validity of the simulation method according to the present embodiment was evaluated by comparing the result obtained in the actual experiment with the result obtained by the simulation by the above-described method.
まず、吸入部６０の設定による影響を調べるために、吸入部６０を連結管５４及び有孔管５５に設定した場合と、有孔管５５にのみ設定した場合とのバイオパイル５１内への空気の流れをシミュレーションした。その結果を図１０（ａ），（ｂ）に示す。なお、図１０（ａ），（ｂ）では、有孔管５５が連結管５４を挟んで対称形状であることから、連結管５４の軸線に沿った片断面により結果を示してある。また、同図に示す破線は、それぞれ流線を示している。連結管５４及び有孔管５５に吸入部６０を設定した場合、図１０（ａ）の流線が示すように、バイオパイル表面５１ａと連結管５４との境界で空気の流れが短絡し、ポンプ５３によって連結管５４に発生した負圧が消散して、バイオパイル５１内に延長する有孔管５５の奥方向に伝わらず、連結管５４側から遠い位置から空気が取り込めていないことが分かる。
一方、有孔管５５にのみ吸入部６０を設定した場合、図１０（ｂ）の流線が示すように、バイオパイル表面５１ａから進入した空気は、バイオパイル５１内を移動し、砕石層５９内に埋設された有孔管５５を通って連結管５４の開放端面５４Ａまで誘導される。このように、吸入部６０の設定を変更するだけで、バイオパイル５１内に通気させる空気の流れを制御できることが分かった。したがって、本実施形態に係る方法によれば、有孔管５５に対する境界条件を変更するだけで、種々の空気の流れをシミュレーションすることができる。
First, in order to investigate the influence of the setting of the suction part 60, the air into the biopile 51 when the suction part 60 is set to the connecting pipe 54 and the perforated pipe 55 and when only the perforated pipe 55 is set. The flow was simulated. The results are shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b). 10A and 10B, since the perforated pipe 55 has a symmetrical shape with the connecting pipe 54 in between, the result is shown by a single cross section along the axis of the connecting pipe 54. Moreover, the broken line shown in the figure has shown the streamline, respectively. When the suction part 60 is set in the connecting pipe 54 and the perforated pipe 55, the flow of air is short-circuited at the boundary between the biopile surface 51a and the connecting pipe 54, as indicated by the flow line in FIG. It can be seen that the negative pressure generated in the connection pipe 54 by 53 is dissipated and does not propagate in the depth direction of the perforated pipe 55 extending into the biopile 51, and air is not taken in from a position far from the connection pipe 54 side.
On the other hand, when the suction part 60 is set only in the perforated pipe 55, the air that has entered from the biopile surface 51a moves through the biopile 51 as shown by the streamline in FIG. It is guided to the open end face 54 </ b> A of the connecting pipe 54 through the perforated pipe 55 embedded therein. Thus, it has been found that the flow of air to be ventilated in the biopile 51 can be controlled only by changing the setting of the suction part 60. Therefore, according to the method according to the present embodiment, various air flows can be simulated only by changing the boundary condition for the perforated pipe 55.
次に、バイオパイル５１における酸素消費速度による最適な吸引量に対する影響について調べた。バイオパイル５１に含まれる微生物による油汚染土の浄化は、酸化反応とみなすことができる。微生物による油の分解速度を維持するためには、バイオパイル５１内に適度な酸素を供給する必要がある。図１１（ａ）は、実際の実験により得られた酸素濃度Ｃｏ２の時間変化を示す図である。同図に示すように、実験開始から４０日までは油の微生物分解にともないバイオパイル５１中の酸素消費が認められる。４０日以降では微生物にとっての基質の油が少なくなったこと、活性の高い微生物が少なくなったこと等の理由により、酸素消費が少なくなり酸素濃度が上昇したものと考えられる。 Next, the influence of the oxygen consumption rate on the biopile 51 on the optimum suction amount was examined. Purification of oil-contaminated soil by microorganisms contained in the biopile 51 can be regarded as an oxidation reaction. In order to maintain the decomposition rate of oil by microorganisms, it is necessary to supply appropriate oxygen into the biopile 51. FIG. 11A is a diagram showing the time change of the oxygen concentration Co2 obtained by actual experiments. As shown in the figure, from the start of the experiment to the 40th day, oxygen consumption in the biopile 51 is recognized as the oil is microbially decomposed. From the 40th day onward, it is considered that the oxygen concentration was increased and the oxygen concentration was increased due to the fact that the amount of substrate oil for microorganisms was decreased and the number of highly active microorganisms was decreased.
そこで、実際の実験開始から４０日までの酸素濃度プロファイルから酸素消費速度λを逆解析し、バイオパイル５１内における酸素消費速度を上回るような最適な大気吸引速度を評価するようにした。具体的には、図１１（ａ）に示す酸素濃度プロファイルから計算される酸素消費速度係数λを未知数として、数値シミュレーションから計算される酸素濃度が、図１１（ａ）の実験値に合うような酸素消費速度係数λを同定した。具体的には、実験結果（図１１（ａ））の酸素濃度プロファイルから酸素消費速度を求めるために、式（４）中の酸素消費速度係数λを未知数として、シミュレーションによって計算される酸素濃度Ｃｏ２が、図１１（ａ）に示す実験結果と一致するように酸素消費係数λを同定した。なお、このとき式（４）中の基質濃度Ｓについては、図１１（ｂ）の表１に示すバイオパイル５１内の油分濃度を用いた。 In view of this, the oxygen consumption rate λ was inversely analyzed from the oxygen concentration profile from the start of the actual experiment to the 40th, and the optimum atmospheric suction speed exceeding the oxygen consumption rate in the biopile 51 was evaluated. Specifically, with the oxygen consumption rate coefficient λ calculated from the oxygen concentration profile shown in FIG. 11 (a) as an unknown, the oxygen concentration calculated from the numerical simulation matches the experimental value of FIG. 11 (a). The oxygen consumption rate coefficient λ was identified. Specifically, in order to obtain the oxygen consumption rate from the oxygen concentration profile of the experimental result (FIG. 11A), the oxygen concentration Co2 calculated by simulation with the oxygen consumption rate coefficient λ in Equation (4) as an unknown number. However, the oxygen consumption coefficient λ was identified so as to agree with the experimental result shown in FIG. At this time, as the substrate concentration S in the formula (4), the oil concentration in the biopile 51 shown in Table 1 of FIG. 11B was used.
図１２は、酸素消費速度係数λ＝０．５／ｄａｙ（日）に設定したときのシミュレーション結果を示す。図１２（ａ）は、実験開始直後、図１２（ｂ）は、３日目、図１２（ｃ）は、１４日目の酸素濃度Ｃｏ２の変化を示している。
図１２（ａ）に示すように、実験開始直後では、バイオパイル５１内の酸素濃度Ｃｏ２は大気中と同じ２１％であるが、実験開始直後から３日目には、微生物による油の分解が進むにつれてバイオパイル５１内の酸素が消費されて、図１２（ｂ）に示すように、バイオパイル５１の中心部の酸素濃度Ｃｏ２が５％程度まで低下している。その後、油の分解が進むにつれて、基質濃度Ｓ（油濃度）の低下に伴い微生物による油の分解の活性が低下している。これにより、酸素消費量が少なくなるため、結果としてバイオパイル表面５１ａから供給される空気により、バイオパイル５１内への酸素供給量が上回り、図１２（ｃ）に示すように、バイオパイル５１内の酸素濃度Ｃｏ２を上昇させている。
FIG. 12 shows the simulation results when the oxygen consumption rate coefficient λ = 0.5 / day (day). 12A shows the change in the oxygen concentration Co2 immediately after the start of the experiment, FIG. 12B shows the change in the oxygen concentration Co2 on the third day, and FIG. 12C shows the change in the oxygen concentration Co2 on the 14th day.
As shown in FIG. 12 (a), immediately after the start of the experiment, the oxygen concentration Co2 in the biopile 51 is 21%, which is the same as that in the atmosphere. As the process proceeds, oxygen in the biopile 51 is consumed, and as shown in FIG. 12B, the oxygen concentration Co2 at the center of the biopile 51 is reduced to about 5%. Thereafter, as the decomposition of the oil proceeds, the activity of decomposing the oil by the microorganisms decreases as the substrate concentration S (oil concentration) decreases. As a result, the amount of oxygen consumed is reduced. As a result, the amount of oxygen supplied into the biopile 51 is increased by the air supplied from the biopile surface 51a, and as shown in FIG. The oxygen concentration Co2 is increased.
図１３は、シミュレーションにおけるバイオパイル５１の中心部における酸素濃度Ｃｏ２の時間変化を示す。同図に示す破線は、実際の実験結果における酸素濃度Ｃｏ２のモニタリング結果である。また、実線は、シミュレーションによる結果である。図１３に示すように、シミュレーションによる酸素濃度Ｃｏ２の時間変化は、実際の実験により得られた酸素濃度Ｃｏ２の変化に即した予測計算ができている。なお、微生物の油の分解にともなう酸素消費のモデルとして式（４）を用いた場合、そのモデルパラメータである酸素消費速度係数λ＝０．５／ｄａｙのときに実験結果に最も近い計算結果となった。 FIG. 13 shows the time change of the oxygen concentration Co2 at the center of the biopile 51 in the simulation. The broken line shown in the figure is the monitoring result of the oxygen concentration Co2 in the actual experimental result. The solid line is the result of simulation. As shown in FIG. 13, the time change of the oxygen concentration Co2 by simulation can be predicted and calculated in accordance with the change of the oxygen concentration Co2 obtained by an actual experiment. When equation (4) is used as a model of oxygen consumption accompanying the decomposition of microbial oil, the calculation result closest to the experimental result when the oxygen consumption rate coefficient λ = 0.5 / day as the model parameter is became.
図１４は、酸素消費係数λ＝０．５／ｄａｙを設定し、ポンプ５３による吸引速度を１１０Ｌ/ｍｉｎ、２２０Ｌ/ｍｉｎ、４４０Ｌ/ｍｉｎ及び８８０Ｌ/ｍｉｎの４通りに変えたときのシミュレーション結果を示す。同図に示すように、ポンプ５３の吸引速度、すなわち、ポンプ５３の運転能力を変化させることで、バイオパイル５１内における酸素濃度Ｃｏ２に違いが出ることが確認できた。すなわち、バイオパイル５１内の酸素濃度Ｃｏ２は、バイオパイル表面５１ａからの空気の吸入量に左右されるものの、単に高い吸引量を設定するよりも、バイオパイル５１中における微生物の油の分解に伴なう酸素消費量を補うように、必要最低限の吸引量となるように設計する方がポンプ５３等の吸引装置や動力、それらの電気代等の省エネルギー化を進める上で好ましい。本実施形態によるシミュレーション方法は、それを解決する１つの手法として有効であることが確認された。 FIG. 14 shows the simulation results when the oxygen consumption coefficient λ = 0.5 / day is set and the suction speed by the pump 53 is changed to four types of 110 L / min, 220 L / min, 440 L / min, and 880 L / min. Show. As shown in the figure, it was confirmed that the oxygen concentration Co2 in the biopile 51 is different by changing the suction speed of the pump 53, that is, the operation capability of the pump 53. That is, although the oxygen concentration Co2 in the biopile 51 depends on the amount of air sucked from the biopile surface 51a, the oxygen concentration Co2 is associated with the decomposition of microbial oil in the biopile 51 rather than simply setting a high suction amount. In order to save energy, such as suction devices such as the pump 53, power, and their electricity charges, it is preferable to design the suction amount to be the minimum necessary so as to compensate for the oxygen consumption. It has been confirmed that the simulation method according to the present embodiment is effective as one method for solving the problem.
なお、上記実施形態では、砕石層５９内の流れの計算に式（２）に示すブリンクマン方程式を適用するとして説明したが、式（２）で示すブリンクマン方程式は、式（３）で示すダルシーの方程式が適用される流れ場と、式（１）で示すナビエストークス方程式が適用される流れ場との中間の流れ場に適用される方程式であるが、式（３）で示すダルシーの方程式を用いても良い。すなわち、砕石層５９内における空気の流れも多孔層内の空気の流れとみなすことができるため、バイオパイル５１内の流れと同様に式（３）で示すダルシーの方程式を適用することもできる。この場合、当然のことながらバイオパイル５１内の流れを計算するときに設定した透気係数比ｋ、固有透過度Ｋの値を、砕石層５９内の物性値に適合するように変化させた値を設定すれば良い。 In the above-described embodiment, the Brinkman equation expressed by the equation (2) is applied to the calculation of the flow in the crushed stone layer 59. However, the Brinkman equation expressed by the equation (2) is expressed by the equation (3). An equation applied to a flow field intermediate between a flow field to which Darcy's equation is applied and a flow field to which the Navier-Stokes equation represented by Equation (1) is applied, but Darcy's equation represented by Equation (3) May be used. That is, since the air flow in the crushed stone layer 59 can also be regarded as the air flow in the porous layer, the Darcy equation expressed by the equation (3) can also be applied in the same manner as the flow in the biopile 51. In this case, as a matter of course, a value obtained by changing the values of the air permeability coefficient ratio k and the intrinsic permeability K set when calculating the flow in the biopile 51 so as to match the physical property values in the crushed stone layer 59. Should be set.
また、上記実施形態では、汚染土浄化装置５０の有孔管５５を環状として説明したが、これに限定されず他の形状であっても、形状に応じた形状データをデータ読込部１１から読み込ませることで、シミュレーションを実行することができる。また、有孔管５５をモデル化する際に、有孔管５５の管壁５５Ａに厚さがない境界面５５０としてモデル化したが、読み込んだ有孔管５５の管壁５５Ａの形状データをそのまま用いても良い。 In the above embodiment, the perforated pipe 55 of the contaminated soil purification apparatus 50 has been described as being annular. However, the present invention is not limited to this, and shape data corresponding to the shape is read from the data reading unit 11 even if the shape is other. Simulation can be executed. Further, when modeling the perforated pipe 55, the model was made as a boundary surface 550 where the thickness of the pipe wall 55A of the perforated pipe 55 is not thick. It may be used.
また、上記実施形態では、汚染土浄化装置５０は、ポンプ５３によりバイオパイル５１内の空気を吸引するものとして説明したが、吸引型のポンプ５３に代えて、吐出型のポンプを連結管５４に接続して加圧した空気をバイオパイル５１に供給する汚染土浄化装置のシミュレーションにも適用できる。この場合、流れ解析装置１に入力する計算データの外部境界条件を設定する定義において、連結管５４の開放端面５４Ａに連結管５４内に向けて流れが生じるように設定するだけで良い。この場合、有孔管５５の貫通孔５８は、ポンプから供給された空気をバイオパイル５１に向けて排出する排出口として機能する。 In the above embodiment, the contaminated soil purification apparatus 50 has been described as sucking the air in the biopile 51 by the pump 53. However, instead of the suction pump 53, a discharge pump is connected to the connecting pipe 54. The present invention can also be applied to a simulation of a contaminated soil purification apparatus that supplies connected and pressurized air to the biopile 51. In this case, in the definition for setting the external boundary condition of the calculation data input to the flow analysis device 1, it is only necessary to set the flow so as to flow toward the inside of the connection pipe 54 on the open end surface 54 </ b> A of the connection pipe 54. In this case, the through hole 58 of the perforated tube 55 functions as a discharge port for discharging the air supplied from the pump toward the biopile 51.
また、本実施形態では、汚染土浄化装置５０について有孔管５５の周りを覆うように砕石層５９を設けてこれらを覆うようにバイオパイル５１を形成する形態により説明したが、砕石層５９を設けずに、有孔管５５を直接覆うようにバイオパイル５１を形成した場合には、有孔管５５とバイオパイル５１との境界において、有孔管５５の空気の流れを計算するときの流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇと、バイオパイル５１の空気の流れを計算するときの流速Ｕｇ及び圧力Ｐｇとが互いに同じになるように内部境界条件を設定するとともに、所定の外部境界条件を設定して上述の式（１）及び式（３）により有孔管５５内及びバイオパイル５１内の空気の流れを計算し、得られた空気の流れに基づいて、バイオパイル５１内における酸素濃度を計算すれば良い。 In the present embodiment, the contaminated soil purification apparatus 50 has been described in a form in which the crushed stone layer 59 is provided so as to cover the perforated pipe 55 and the biopile 51 is formed so as to cover them. When the biopile 51 is formed so as to directly cover the perforated tube 55 without being provided, the flow velocity when calculating the air flow of the perforated tube 55 at the boundary between the perforated tube 55 and the biopile 51. The internal boundary conditions are set so that the Ug and pressure Pg and the flow velocity Ug and the pressure Pg when calculating the air flow of the biopile 51 are the same as each other. If the air flow in the perforated tube 55 and the biopile 51 is calculated by the equations (1) and (3), and the oxygen concentration in the biopile 51 is calculated based on the obtained air flow, There.
また、上記実施形態では、流れ解析装置１による多孔層の流れの解析対象としてバイオパイル５１における空気の流れを用いて説明したが、流れを解析する流体の対象は、空気に限らず液体であっても良い。例えば、土壌内に含まれる地下水を加圧したときの地下水の流れを解析することもできる。この場合、流れ解析装置１に設定する流体の物性値に地下水の物性値を入力すれば良い。 In the above embodiment, the air flow in the biopile 51 is used as the analysis target of the flow of the porous layer by the flow analysis device 1, but the target of the fluid for analyzing the flow is not limited to air but is a liquid. May be. For example, it is possible to analyze the flow of groundwater when the groundwater contained in the soil is pressurized. In this case, the physical property value of the groundwater may be input as the physical property value of the fluid set in the flow analysis device 1.
なお、本実施形態では、有限要素法を採用したが、これに限定されず、他の数値解析手法、例えば、差分法、有限体積法等であっても良い。 In the present embodiment, the finite element method is adopted. However, the present invention is not limited to this, and other numerical analysis methods such as a difference method and a finite volume method may be used.
１ 流れ解析装置、
１０ 前処理手段、１１ データ読込部、１２ モデル生成部、１３ 格子生成部、
１４ 境界条件設定部、１５ 外部境界条件設定部、１６ 内部境界条件設定部、
２０ 演算処理手段、２１ 有孔管内流れ計算部、２２ 砕石層内流れ計算部、
２３ バイオパイル内流れ計算部、２４ 酸素濃度計算部、３０ 後処理手段、
５０ 汚染土壌浄化装置、５１ バイオパイル、５２ シート、５３ ポンプ、
５４ 連結管、５５ 有孔管、５８ 貫通孔、５９ 砕石層、６０ 吸入部、
５５０：５５１ 境界面。
1 Flow analysis device,
10 preprocessing means, 11 data reading unit, 12 model generating unit, 13 grid generating unit,
14 boundary condition setting unit, 15 external boundary condition setting unit, 16 internal boundary condition setting unit,
20 arithmetic processing means, 21 perforated pipe flow calculation section, 22 crushed stone flow calculation section,
23 Flow calculation section in biopile, 24 oxygen concentration calculation section, 30 post-processing means,
50 contaminated soil purification equipment, 51 biopile, 52 seats, 53 pumps,
54 connecting pipe, 55 perforated pipe, 58 through hole, 59 crushed stone layer, 60 suction part,
550: 551 interface.
Claims (5)
多孔層内の流体の流れを計算するときの多孔層と管との境界における圧力を、管内の流体の流れの計算によって得られた多孔層と管との境界における圧力に設定するステップと、
管内の流体の流れを計算するときの多孔層と管との境界における圧力を、多孔層内の流体の流れの計算によって得られた多孔層と管との境界における圧力に設定するステップとを備え、
前記多孔層内及び前記管内の流体の流れを前記多孔層と管との境界に設定された圧力に基づいて算出したことを特徴とする流れ解析方法。 A tube having a through-hole in the peripheral surface and a porous layer covering the periphery of the tube are set, and when the fluid in the tube is discharged from the intake / exhaust port provided in the tube or the fluid is sucked into the tube, the inside of the porous layer and the tube A flow analysis method for analyzing a flow of fluid by a processing device,
Setting the pressure at the boundary between the porous layer and the tube when calculating the fluid flow in the porous layer to the pressure at the boundary between the porous layer and the tube obtained by calculating the fluid flow in the tube;
Setting the pressure at the boundary between the porous layer and the tube when calculating the fluid flow in the tube to the pressure at the boundary between the porous layer and the tube obtained by calculating the fluid flow in the porous layer. ,
A flow analysis method, wherein the flow of fluid in the porous layer and in the pipe is calculated based on a pressure set at a boundary between the porous layer and the pipe.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015038773A JP2016159215A (en) | 2015-02-27 | 2015-02-27 | Flow analysis method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015038773A JP2016159215A (en) | 2015-02-27 | 2015-02-27 | Flow analysis method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016159215A true JP2016159215A (en) | 2016-09-05 |
Family
ID=56845876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015038773A Pending JP2016159215A (en) | 2015-02-27 | 2015-02-27 | Flow analysis method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2016159215A (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002001300A (en) * | 2000-06-16 | 2002-01-08 | Shinichi Ueda | Method for decontaminating soil |
| JP2010224653A (en) * | 2009-03-19 | 2010-10-07 | Toyota Central R&D Labs Inc | Fluid analysis method, fluid analysis apparatus, and fluid analysis program |
| CN102339326A (en) * | 2010-07-16 | 2012-02-01 | 中国石油化工股份有限公司 | Method for analyzing and simulating fluid flow of fracture-cavity oil reservoir |
-
2015
- 2015-02-27 JP JP2015038773A patent/JP2016159215A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002001300A (en) * | 2000-06-16 | 2002-01-08 | Shinichi Ueda | Method for decontaminating soil |
| JP2010224653A (en) * | 2009-03-19 | 2010-10-07 | Toyota Central R&D Labs Inc | Fluid analysis method, fluid analysis apparatus, and fluid analysis program |
| CN102339326A (en) * | 2010-07-16 | 2012-02-01 | 中国石油化工股份有限公司 | Method for analyzing and simulating fluid flow of fracture-cavity oil reservoir |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 坂井孝太郎、藤沢和謙、村上章、川並俊輔: "空洞を有する多孔体中の浸透流に対するダルシー数の影響", 農業農村工学会大会講演会講演要旨集, JPN6019003759, 2014, JP, pages 790-791 * |
| 石森洋行、遠藤和人、山田正人: "閉鎖式チャンバー法により計測されるガスフラックスについて", 第２０回廃棄物資源循環学会研究発表会, JPN6019003757, 2009, JP * |
| 西野貴文、岩井裕、鈴木健二郎: "円筒型間接内部改質ＳＯＦＣの包括的数値シミュレーション", 日本機械学会論文集（Ｂ編）, vol. ７１巻７１１号, JPN6019003761, 2005, JP, pages 188-195 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107590336B (en) | Numerical simulation method for influence of gas pipeline leakage on internal flow field | |
| Barthel et al. | Groundwater and surface water interaction at the regional-scale–a review with focus on regional integrated models | |
| Vasilyev | Method and approaches to the estimation of ecological risks of urban territories | |
| CN104091001B (en) | A kind of three-dimensional simulation method and emergency evacuation method for gas leakage diffusion | |
| CN105388272A (en) | Reciprocating engine lubricating oil analyzer system, and computing device thereof | |
| Huggins et al. | Analysis of sediment transport modeling using computational fluid dynamics (CFD) for aquaculture raceways | |
| Hodges | A new approach to the local time stepping problem for scalar transport | |
| CN109117579A (en) | A kind of design and calculation method of multi-hole orifice flowmeter | |
| JP2016159214A (en) | Contaminated soil remediation simulation method | |
| JP2016159215A (en) | Flow analysis method | |
| Zawawi et al. | Computational fluid dynamic analysis for independent floating water treatment device | |
| JP2006116509A (en) | Method for estimating progress of purification at contaminated region beforehand, method for determining optimum place to arrange water pumping and water pouring wells, and method for estimating period required to purify contaminated region | |
| Guo et al. | A new method to determine the scale range of environmental damage caused by water pollution accidents | |
| Mahalakshmi et al. | Assessment of surface water quality of Noyyal River using WASP model | |
| Bak et al. | Porcolation: an invasion percolation model for mercury porosimetry | |
| Choi et al. | Wave transformation using modified FUNWAVE-TVD numerical model | |
| CN205263095U (en) | Be used for diagnostic earthworm normal position monitoring devices of soil ecological environment toxicity | |
| CN114048660A (en) | Numerical simulation method for pneumatic noise intensity and propagation rule of internal flow channel of air distributor | |
| Duan | A simple total sediment load formula | |
| CN102968517A (en) | Water supply pipe network planning evaluating method on basis of species distribution | |
| Singh et al. | Comparative analysis of hydrodynamics of treatment wetlands using finite volume models with empirical data | |
| Hannoun et al. | Computational fluid dynamics: optimizing water quality in clearwells, tanks, and distribution storage reservoirs | |
| Gill et al. | Developing and use of an urban watershed simulator for optimising wet weather investment to protect river water quality | |
| Martin | Modeling air emissions from wastewater treatment operations | |
| Martinez et al. | CFD Modelling of Odour-causing Impact on Vicinity of a Waste Water Treatment Plant. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180129 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190124 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190219 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20190827 |