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流動層の高濃度固気二相流解析#

気液二相流解析ソフトウェア Advance/FrontFlow/MP 事例

概要#

容器下部からの送風により固体粒子を流動化させる固気流動層は化学反応、乾燥、吸着、熱交換、造粒、粒子の分離などに使用されています。ここでは、実験[1]の条件で空塔速度を変えた流動層の解析を行い、膨張比の実験結果と比較した事例をご紹介します。  

参考文献

[1]M.Muthu Kumar,E.Natarajan,CFD simulation for two-phase mixing in 2D fluidized bed,Int J Adv Manuf Technol,22(2009).

解析条件#

図1に解析モデルと固相体積割合の初期値を示します。高さ0.4mの充填層の底面から空気を流入させ、20秒まで2次元解析を行います。

流動層の高濃度固気二相流解析
   図1 解析モデルと固相体積割合の初期値

解析条件 設定値
解析領域 0.28 m × 1 m
気体 空気
固体粒子の密度 2500 kg/m3
固体粒子径 350 μm
充填層の初期高さ 0.4 m
固体粒子の最密充填率 0.63 
底面から流入する空気速度(空塔速度) 0, 0.1, 0.3, 0.5 m/s
底面から流入する空気の体積割合 1
固体粒子同士の相互作用 衝突と摩擦を考慮
水平方向の格子数 56(等分割)
垂直方向の格子数 200(等分割)
時間刻み 0.001 s

解析結果#

図2と図3にそれぞれ流動層の膨張比と固相体積割合の計算結果を示します。計算結果は実験結果の膨張比を概ね再現できています。

流動層の高濃度固気二相流解析
   図2 空塔速度に対する流動層の膨張比

流動層の高濃度固気二相流解析
  図3 固相体積割合の計算結果(10秒から20秒間の時間平均分布)

本解析でわかったこと#

流動層の高濃度固気二相流解析において、流入する空気速度に対する流動層の膨張比を概ね再現できることが確認できました。

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