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Development of digital twin technology for crystallization process in a stirred vessel

搅拌容器结晶过程数字孪生技术的开发

基本信息

批准号：
22K04799
负责人：
三角隆太
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

(a) 晶析槽内の溶液の流れは結晶の分散状態や核成長に影響を与えることから、粒径分布予測シミュレーションにおいては、流動状態と粒子現象を連成して解くことが重要である。2022年度は食塩晶析をモデルケースとして、流動状態を予測するための数値流体力学(CFD)解析と、結晶個数を予測するためのPopulation Balance Model (PBM) 解析を連成した解析手法を確立することを目的とした。オイラー2流体モデルと複数基準座標(MRF)モデルを用いた混相流解析により安定かつ撹拌所要動力と流速分布について妥当な解析結果が得られることがわかった。回転数が大きい場合、結晶の浮遊分散性が良好となり溶液相と結晶相の物質収支の誤差は小さいが、回転数が小さい場合、結晶の浮遊分散が不良となることにともない、物質収支の誤差が大きくなる問題がおきることがわかった。(b) 乱流撹拌槽においてはさまざまなスケールの渦が発生し、とくに撹拌羽根旋回領域の流動状態が結晶の衝突現象などに大きく影響する。PIV(Particle Image Velocimetry)は羽根旋回領域の流速測定に有効であるが、カメラ1台による2次元2成分測定(2D2C-PIV)では乱流構造を十分に把握できない。当グループではカメラ2台によるステレオPIV(2D3C-PIV)により速度3成分の同時測定と乱流エネルギー分布の定量化を行ってきたが、この測定では速度勾配テンソルの9成分を直接評価することができない。本サブテーマでは、標準的なラシュトンタービンの羽根旋回領域において、カメラ4台によるトモグラフィックステレオPIV(3D3C-PIV)により3次元3成分瞬間同時計測を試みた。同測定の最適測定・解析条件について検討するとともに、2D2C-PIVの比較から、羽根旋回領域における測定精度を確認した。

(a)The flow of solution in the crystallization tank is important for the dispersion of crystals and the growth of nuclei. In 2022, the number of crystals predicted by CFD analysis and the number of crystals predicted by PBM analysis were determined by analytical method. 2. Fluid dynamics and complex reference coordinates (MRF) are used to analyze mixed phase flow. The results of analysis are obtained. When the number of returns is large, the floating dispersion of crystals is good. When the number of returns is small, the floating dispersion of crystals is bad. When the number of returns is small, the floating dispersion of crystals is bad. When the error of substance dispersion is large, the problem is small. (b)Turbulent stirred tank in the middle of the vortex generation, stirring plume root rotation field flow state and crystal conflict phenomenon Particle Image Velocimetry (PIV) is a method for velocity measurement in the plume root cycle domain. It can be used to measure the two-dimensional two-component (2D2C-PIV) turbulence structure. When the velocity is measured simultaneously, the turbulence distribution is quantified, and the velocity distribution is directly evaluated. This is the standard for the measurement of three components simultaneously in PIV(3D3C-PIV). The determination accuracy of 2D2C-PIV was confirmed by comparing the optimum determination and analysis conditions.