【粒子法】Vol.16 MPS-DEM連成解析による液体＋粉体系における粘度予測検討

2023年01月19日

解析の概要

　・　固液分散系（スラリー）における粘度予測にMPS-DEM連成解析を行いました。
　・　スラリーの粘度は固形分濃度が高くなるに従って粘度が上昇します。
　・　MPS-DEM連成解析によって固形分濃度による粘度変化を確認します。

解析内容
　・　平板で挟んだ液体に単純せん断を与えます。
　・　100%ひずみ時点の粘度を応力テンソルの値から求めます。

解析モデル

　・　解析モデルを以下に示します。

物性値およびその他パラメータ

　・　物性値およびその他パラメータを以下に示します。

解析ケース

　・　解析ケースを以下に示します。
　・　固形分濃度違いと粒子径違いによる粘度特性の変化を解析しました。

解析結果（粉体粒子径：0.2mm)

　・　粉体の体積分率増加に伴って、流動性が悪くなることが確認できます。

　流体：●
　粉体：●


φ=0	φ=0.03	φ=0.06


φ=0.09	φ=0.23	φ=0.33

解析結果（粉体粒子径：0.25mm)

　・　粉体の体積分率増加に伴って、流動性が悪くなることが確認できます。

　流体：●
　粉体：●


φ=0	φ=0.03	φ=0.06


φ=0.09	φ=0.23	φ=0.33

粘度の経験式：Thomasの粘度式、四方らの半実験式

　・　スラリーの粘度は以下に示す経験式等から予測することが可能です。
　・　MPS-DEMの解析結果と経験式との比較を行いました。

　・　Thomasの粘度式[1]

　・　四方らの半実験式[2]

解析結果：体積分率依存の見かけの粘度

　・　体積分率依存の見かけの粘度を評価しました。
　・　Thomasの粘度式、四方らの半実験式と比較し、解析結果と良好な一致が見られました。
　・　MPS-DEM解析では、粉体粒子径が小さいほど見かけの粘度が高くなる傾向が見られました。

　・　本シミュレーションの発展性
　　　－MPS-DEM解析によって、混合中の体積分率に基づく粘度予測が可能となることが示唆される結果となりました。

体積分率依存の見かけの粘度

[M.Kawahara]

使用ソフトウェア（Particleworks、Granuleworks）

　・　流体解析ソフトウェア　Particleworks （パーティクルワークス）製品ページ
　　　https://www.sbd.jp/products/flow/particleworks.html

　・　粉体シミュレーションソフトウェア　Granuleworks （グラニュールワークス）製品ページ
　　　https://www.sbd.jp/products/powder/granuleworks.html

参考文献

[1]David G. Thomas , JOURNAL OF COLLOID SCIENCE 20, 267-277 (1965)
[2] 尾崎邦宏、レオロジーの世界著、森北出版

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