【粉体】Vol. 30 シミュレーションのいろは編：見た目は大きく、でも計算は詳細に（粒子数と計算負荷①）

2024年07月31日

前回の記事で、粒子数の見積り方や目安についてお伝えしました。
今日は、オススメ粒子数である10万~100万粒子に抑えるためのとっておきの方法をご紹介します。

見た目は大きく、でも計算は詳細に

その方法とは、粗視化です。
粗視化とは、一言でいえば下記画像のように、小さな粒子のまとまりを大きな粒子に置き換える操作になります。

しかし、大きな粒子径へと置き換えるだけでは、もともと大きな粒径の粉体が存在していたような解析結果になってしまいます。
そこで、粗視化前後で小さな粒子と大きな粒子径の物理的な特性が同じになるという条件のもとで粒子径だけを大きくします。
どのような物理的な特性が同じになるようにするかは、シミュレーションソフトウェアによって違いがあります。
弊社開発の粉体・流体ソフトウェア iGRAFでは、力学的なエネルギーが粗視化前後で同じになるという条件に基づいています。

例えば以下のように粉体が壁面に衝突する場合、粗視化後の粒子の壁面への衝突エネルギーは、粗視化前の小さい粒子径における全粉体の衝突エネルギーの和と等しくなります。

粗視化とただ粒子径を大きくする違い

最後に流動層を題材に、粗視化を用いた場合と、ただ粒子径を大きくした場合の違いを紹介します。

左からオリジナル粒子径、2倍の粗視化を用いた計算、粗視化なしで粒径を2倍にした場合です。
2倍の粗視化を用いた場合は、オリジナル粒子径と同様に流動化していますが、単純に粒径を2倍にしただけでは動いていないことがわかります。
このように物理的な観点で、粗視化がただ粒径を大きくしているわけじゃないことがわかると思います。

興味のある方はこちらの論文も読んでみてください！

Sakai, Mikio, and Seiichi Koshizuka. "Large-scale discrete element modeling in pneumatic conveying." Chemical Engineering Science 64.3 (2009): 533-539.

[From M.Matsuo]