原子力工学における粉体プロセスの数値解析手法の構築

1. 大規模体系解析のための計算手法粉体シミュレーション技法であるDEM (Discrete Element Method ; 離散要素法)においては、扱う粉体粒子数が増加するに伴って計算負荷が増加する問題がある。我々のグループでは、これまでに、計算負荷の低減を目的として、オリジナル粒子群を、より直径の大きな粒子(粗視化粒子)で代表させることで計算粒子数を削減する、粗視化モデルを提案した。この粗視化モデルについて、実験と数値解析の結果を比較することにより、提案モデルが実現象を低い計算コストで再現することが可能であることを示した。2. 複雑形状壁面を有する体系のための壁面モデルの構築産業界では、産業機器のような、複雑形状を有する体系内での粉体挙動の解析が求められている。しかし、従来手法による数値解析では、体系形状が複雑になるにつれて壁面と粒子の衝突判定の負荷が増加するため、解析が困難であるという問題があった。我々は、従来手法が持つ問題に対して、壁面と粒子の衝突判定の負荷を劇的に低下させ、なおかつ従来手法と同等の精度を持つような、壁面形状の新しい表現モデルを開発した。3. 固気・固液二相流解析のための手法の開発産業界では、粉体のみでなく気体や液体などの流体と粉体からなる二相流が広く扱われているため、このような体系に対する解析が求められる。しかしながら、複雑形状を有する産業機器を対象とした解析では、従来手法では粉体解析のみならず、流体解析に対しても計算負荷が高いという問題があった。さらに、可動壁面をもつ体系に対しては、流体解析の計算負荷が極めて高くなり、また計算が不安定になりやすいという問題があった。こうした問題を解決するため、我々は流体解析手法の一つである埋め込み境界法に対して先述の壁面モデルを導入することにより、従来手法よりも計算が安定かつ低コストに実行可能となるような流体解析手法を構築した。

1. 大規模体系解析のための計算手法粉体シミュレーション技法であるDEM (Discrete Element Method ; 離散要素法)においては、扱う粉体粒子数が増加するに伴って計算負荷が増加する問題がある。我々のグループでは、これまでに、計算負荷の低減を目的として、オリジナル粒子群を、より直径の大きな粒子(粗視化粒子)で代表させることで計算粒子数を削減する、粗視化モデルを提案した。この粗視化モデルについて、実験と数値解析の結果を比較することにより、提案モデルが実現象を低い計算コストで再現することが可能であることを示した。2. 複雑形状壁面を有する体系のための壁面モデルの構築産業界では、産業機器のような、複雑形状を有する体系内での粉体挙動の解析が求められている。しかし、従来手法による数値解析では、体系形状が複雑になるにつれて壁面と粒子の衝突判定の負荷が増加するため、解析が困難であるという問題があった。我々は、従来手法が持つ問題に対して、壁面と粒子の衝突判定の負荷を劇的に低下させ、なおかつ従来手法と同等の精度を持つような、壁面形状の新しい表現モデルを開発した。3. 固気・固液二相流解析のための手法の開発産業界では、粉体のみでなく気体や液体などの流体と粉体からなる二相流が広く扱われているため、このような体系に対する解析が求められる。しかしながら、複雑形状を有する産業機器を対象とした解析では、従来手法では粉体解析のみならず、流体解析に対しても計算負荷が高いという問題があった。さらに、可動壁面をもつ体系に対しては、流体解析の計算負荷が極めて高くなり、また計算が不安定になりやすいという問題があった。こうした問題を解決するため、我々は流体解析手法の一つである埋め込み境界法に対して先述の壁面モデルを導入することにより、従来手法よりも計算が安定かつ低コストに実行可能となるような流体解析手法を構築した。