非球体粒子のスクリュー搬送解析

この様に、粒子の流動性に応じて機器内の粒子の挙動は変化します。流動性評価指標には様々な方法がありますが、実験から求める場合、実粒子を利用して多数の試験を実施する必要があります。一方、シミュレーションソフトを活用すると、仮想的に機器内の粒子の挙動を予測する事ができます。例えばサイロからの排出を考えた場合、ビデオカメラによる撮影が難しい箇所であっても自由に内部の様子を可視化することができます。さらに、排出条件を変更した場合の粒子挙動の変化も簡単に確認できるため、問題解決のツールとして活用することができます。
しかしながら、シミュレーションソフトの中には球体粒子しか扱うことができないソフトも存在します。対象の粒子が非球体の場合、シミュレーション結果を実現象と一致させるためには粒子形状に関連した多数の追加パラメーターの調節が必要となります。排出条件の改善のためにはトルク、粒子の搬送数、Compressive Forceなどを定性的に一致させる必要があるため、パラメータ調節作業が複雑になり、問題解決にシミュレーションソフトを活用する事が難しくなります。

 

個別要素法もしくは離散要素法(Discrete Element Method)のソルバーであるEDEM​​は複数の方法で非球体粒子の計算を行うことができます(図2参照)。

 

ケース1-1(球体、凝集なし)

 

 

ケース2-1(球体、凝集あり)

図5　各ケースの搬送状況(手前半分を非表示)

 

・　凝集力ありのケース2-1と2-2では、最後まで青い粒子が残りファネルフローの傾向がみられました

 

 

図6に、各計算ケースの代表時刻における粒子のCompressive Forceを示します。

 

ケース1-1(球体、凝集なし)

 

 

ケース2-1(球体、凝集あり)

図6　粒子のCompressible Force(中心断面のスライス表示)

 

・　凝集力ありではスクリュー部に粒子のすき間が存在し、凝集力なしでは粒子が充填された状態で搬送されました。

・　凝集力の有無には関係なく、非球体粒子のケース1-2とケース2-2の方がCompressive Forceは高い結果となりました。

 

 

スクリュー搬送機器の根元に円柱型のセンサーを配置し、センサー領域内部の粒子数をカウントしました。

 

・　凝集力ありではスクリュー部に粒子のすき間が存在したため(図6参照)、凝集力なしに比べ搬送速度が低い結  果となりました。

・　凝集力なしのケース1-1とケース1-2に大きな差はみられませんでした。

・　凝集力ありのケース2-1と2-2では粒子形状による差がみられ、非球体のケース2-2では搬送スピードが遅くな  る結果となりました。

 

図8に、スクリューのトルク[N・m]を示します。