JP5514244B2 - 流体の混練状態のシミュレーション方法 - Google Patents
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Description
本発明は、コンピュータ(図示省略)を使用して、流体の混練状態を評価するための解析方法である。「混練」とは、例えば、ゴム材料や樹脂材料の成形時の前処理工程として、原材料の薬品、粉体などと液状バインダを分散させながら互いに濡らし、それらを均質にする作用乃至操作として定義される。代表的な混練工程は、図1に示されるような、バンバリーミキサー1を用いて行われる。
本実施形態のシミュレーション方法では、先ず、前記混練空間4を有限個の微小な要素(「セル」ということもある。)でモデル化した混練空間モデル5が前記コンピュータに入力、設定される(ステップS1)。
次に、本実施形態では、流体モデルが設定され、コンピュータに入力される(ステップS2)。該流体モデルは、前記混練空間4内を流動する流体をモデル化したものであり、そのせん断粘度、比熱、熱伝導率及び比重といった物性が定義されコンピュータに入力される。流体には、解析目的に応じて種々のものが用いられるが、本実施形態では、上述の通り、可塑状態のゴムの物性が入力される。
η=mγ'n-1 …(1)
ここで、mは係数、γ'はせん断速度、nは係数である。
次に、本実施形態では、気相モデルが設定され、コンピュータに入力される(ステップS3)。気相モデルは、混練空間内に存在する空気をモデル化したものである。すなわち、本発明では、混練空間モデル5に、流体モデルが充填率100%未満で充填されるため、残りの空間には、空気をモデル化した気相モデルが充填される。このような気相モデルと流体モデルとを混練空間モデル5に配することにより、流体モデルの充填率が100%未満の状態の流動計算が可能になる。
次に、本実施形態では、流動計算のシミュレーションに必要な境界条件等、各種の条件が定義される(ステップS4)。設定される境界条件としては、混練空間モデル5の表面での流速境界条件及び温度境界条件が挙げられる。
a)壁面ノースリップ条件
b)壁面スリップ条件
a)断熱条件:温度の計算を単純化するため、混練空間モデル5の表面において、熱が外に逃げない条件。
b)全ての混練空間モデル5の表面温度が温調温度(例えば50℃)に設定される条件。
次に、本実施形態では、粒子追跡ステップが行われる(ステップS5)。粒子追跡ステップの具体的な処理の手順の一例が、図7に示されている。
Xt+1=Xt+Vx(t)×T
Yt+1=Yt+Vy(t)×T
Zt+1=Zt+Vz(t)×T
流体モデルの充填率:70%及び80%の2種類(体積分率)
ローターに対応している回転部の回転数:30rpm
第1、第2仮想粒子の各個数10000個
第1、第2仮想粒子の初期配設位置:混練空間モデルの中央位置
混練時間:実時間で20分間
2 ケーシング
3 ロータ
4 混練空間
5 混練空間モデル
Claims (1)
- 流体の混練状態をコンピュータで評価するための解析方法であって、
前記流体が収容されて混練される混練空間を有限個の微小な要素で分割して混練空間モデルを設定するステップ、
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、
前記混練空間モデルに前記流体モデルを充填率100%未満で配置するとともに必要な混練条件を設定するステップ、
前記混練条件に基づいた前記流体モデルの流動計算を行うとともに、該流体モデルに配した仮想粒子の位置情報を追跡する粒子追跡ステップ、及び、
前記仮想粒子の位置情報と、前記混練空間モデル内での前記流体モデルの理想混練状態とを比較することにより、前記流体モデルの混練度合いを計算する評価ステップを含み、
前記粒子追跡ステップの前記流動計算では、前記混練空間モデルの各要素の体積中の前記流体モデルの充填率である体積分率が定義され、
しかも、前記粒子追跡ステップは、
前記混練空間モデル内に複数個の第1仮想粒子を配置するステップ、
前記第1仮想粒子を前記流体モデルの物理量に基づいて移動させるステップ、
前記第1仮想粒子の移動先の要素の前記前記体積分率が予め定めた値以上でない場合に、この第1仮想粒子を消滅させるステップ、及び、
前記各第1仮想粒子の位置情報を記憶するステップを含み、
前記評価ステップは、前記混練空間モデル内に複数個の第2仮想粒子をランダムに固定配置するステップ、
前記粒子追跡ステップの計算結果から現在の流体モデルの存在位置を計算するステップ、
前記流体モデルの存在位置にある前記第2仮想粒子に基づいて、前記理想混練状態を計算するステップ、及び、
前記第1仮想粒子の配置と、前記第2仮想粒子の配置との一致度によって前記流体モデルの混練度合いを計算するステップを含むことを特徴とする流体の混練状態の解析方法。
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