離散要素法と連続体モデルの複合化による分布系反応システムの高精度解析

离散元法与连续介质模型相结合的分布式反应系统高精度分析

• 批准号: 10J08813
• 负责人: 夏井 俊悟
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J08813/
• 关键词: 数値シミュレーション; Discrete Element Method; DEM-CFD; 粒子法; 製鉄; 高炉; 低炭素化; 混相流; 材料生産プロセス; MPS法; 界面張力; 濡れ性; 液滴運動; 製銑; 接触角; 数値解析; 離散要素法(DEM); 地球温暖化問題; 不連続現象

製鉄プロセスは、環境負荷が大きいため、地球環境問題や地域との共生の必要性から大きな転換期にある。現在、操業効率化のために原料の新配置法や高反応性原料の使用が模索されているが、本研究では、莫大な労力とコストをかけられ経験的に決定されているプロセス操作設計を新たなコンピュータシミュレーション技術により根本的に見直すことに着眼した。高炉内では、充填層中で原料である焼結鉱が融解する固液共存領域の制御が、操業安定性に大きく影響するため、その挙動把握が重要であると考えた。個々の粒子から構成される充填層は、固気液相が混在しかつ空間的に不均一な運動形態をとり、従来の格子法では空間解像度の向上が困難であった。本研究では、高炉内の離散的現象の性格を反映した記述を行う手法として、粒子法であるDEMとMPS法、および数値流体力学法(CFD)をカップリングする方法を発展させた。粒子群単位の性質を構造格子に反映する方法を提案し、大規模な領域を計算対象とすることで従来にない大規模系を取り扱うことのできる3次元固気液流れ解析を行うことを可能とした。また、本モデルに粒子単位での熱移動、物質移動方程式を組み込むことで、高炉を対象としたモデル解析による数値実験を可能とした。特に、現在低炭素化を指向して、コークスの反応性の変化による鉱石の還元速度について議論がなされているが、本モデルは世界で初めて粒子配置の最適化を検討する数値モデルであり、伝熱、流体の流動、物質移動を考慮した最適化の提案を行った。

The production of iron プロセス プロセス, the environmental load が is large, the <s:1> ため ため ため, the earth 's environmental problems や, the と <s:1> symbiosis <s:1>, the <s:1> necessity ら is large, the な転 な転 transition period is にある. Now, fuck industry working rate の た め に の new raw material configuration method used の や high anti 応 が die line さ れ て い る が, this study で は, great な 労 force と コ ス ト を か け ら れ 経 験 に decided さ れ て い る プ ロ セ ス operation design を new た な コ ン ピ ュ ー タ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン technology に よ り fundamental に see straight す こ と に eyes し た. で raw materials in blast furnace in で は, filling layer で あ る 焼 knot 鉱 が melting す る の solid-liquid coexisting field suppression が, operating stability に big き く influence す る た め, そ の 挙 move to grasp the important で が あ る と exam え た. A 々 の particle か ら constitute さ れ る pack は, solid 気 liquid が mixed し か に つ space heterogeneity な movement form を と り, 従 の grid method で は spatial resolution の が up difficult で あ っ た. This study で は, in the blast furnace の discrete phenomenon の を personality reflect し た account を line う gimmick と し て, particle で あ る DEM と MPS method, お よ び the numerical flow physical method (CFD) を カ ッ プ リ ン グ す る method を 発 exhibition さ せ た. Particle swarm 単 a の に reflect nature を tectonic grid す る method proposed を し, large-scale を な field calculation as と seaborne す る こ と で 従 to に な い mass is を り Cha う こ と の で き る 3 dimensional solid 気 flow line analytical を れ う こ と を may と し た. ま た, this モ デ ル に particle 単 a で の hot, material movement equation group を み 込 む こ と で, blast furnace を like と seaborne し た モ デ ル parsing に よ る the numerical be 験 を may と し た. Special に point, low carbon now を し て, コ ー ク ス の anti 応 sex の variations change に よ る 鉱 stone の yuan also speed に つ い て comment が な さ れ て い る が, this モ デ ル は め the early で て の particle configuration optimization を beg す 検 る the numerical モ デ ル で あ の り, 伝 thermal, fluid flow, the material move を consider し た line optimization proposals の を っ た.

项目成果

Penetration Effect of Injected Gas at Shaft Gas Injection in Blast Furnace Analyzed by Hybrid Model of DEM-CFD

• DOI: 10.2355/isijinternational.51.1410
• 发表时间: 2011-08
• 期刊: Isij International
• 影响因子: 1.8
• 作者: S. Natsui;S. Ueda,;H. Nogami;J. Kano;R. Inoue;T. Ariyama

MPS法による液滴運動の数値解析

使用 MPS 方法对液滴运动进行数值分析

• 发表时间: 2011
• 作者: 植田滋;夏井俊悟;昆竜矢;加納純也;井上亮;有山達郎;埜上洋;夏井俊悟;夏井俊悟;夏井俊悟;昆竜矢;夏井俊悟;有山達郎;昆竜矢;夏井俊悟;黒澤弘行;松橋昌平;夏井俊悟
• 通讯作者: 夏井俊悟

高炉モデリングへの新しいアプローチと課題

高炉建模的新方法和挑战

• 发表时间: 2011
• 作者: 植田滋;夏井俊悟;昆竜矢;加納純也;井上亮;有山達郎;埜上洋;夏井俊悟;夏井俊悟;夏井俊悟;昆竜矢;夏井俊悟;有山達郎;昆竜矢;夏井俊悟;黒澤弘行;松橋昌平;夏井俊悟;Shungo Natsui;Shigeru Ueda;Hiroshi Nogami;夏井俊悟
• 通讯作者: 夏井俊悟

DEM-CFD Model Considering Softening Behavior of Ore Particles in Cohesive Zone and Gas Flow Analysis at Low Coke Rate in Blast Furnace

• DOI: 10.2355/isijinternational.52.1010
• 发表时间: 2012-06
• 期刊: Isij International
• 影响因子: 1.8
• 作者: Hiroyuki Kurosawa;Shouhei Matsuhashi;S. Natsui;T. Kon;S. Ueda,;R. Inoue;T. Ariyama

Numerical Simulation of Dripping Behavior of Droplet in Packed Bed Using Particle Method

• DOI: 10.2355/isijinternational.52.1565
• 发表时间: 2012-09
• 期刊: Isij International
• 影响因子: 1.8
• 作者: T. Kon;S. Natsui;S. Ueda,;R. Inoue;T. Ariyama