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【粒子法】Vol.26 新しい負圧モデルによる撹拌解析

2024年03月07日

はじめに

粒子法で負圧を考慮した解析が可能なことをご存知でしょうか?
Particleworks 8.0に実装された最新の圧力勾配モデルでは精度良く負圧を考慮した解析が可能です[1][2]。
今回のコラムでは、最新の負圧モデルを適用した事例を2つご紹介します。


最新の負圧モデル適用事例1 コップの引き上げ

新機能の負圧モデルを用いて、コップとともに流体が引き上げられる現象を解析した事例を紹介します。


解析モデル概要



解析結果
解析結果のアニメーションを以下に示します。
左から従来型モデル、負圧モデル

従来型モデル(動画左)では、負圧が扱えずコップの中に空洞ができていますが、
新機能の負圧モデル(動画右)では、コップ底面に負圧領域が存在し、流体がコップとともに引き上げられる挙動を再現しています。

最新の負圧モデル適用事例2 撹拌翼周囲の負圧

次に、生産技術分野で問合せの多い撹拌機の解析について、負圧モデルを適用した事例を紹介します。


解析モデル概要
撹拌機では、高速で回転する翼の周囲に負圧が発生しますが、
従来のモデルでは、負圧が考慮できないため、翼周囲の負圧による流体の引き込みが再現されない場合があります。
今回、簡単な回転体モデル(ホモミキサーを想定)を用いて、負圧モデルによる翼周囲の流体挙動への影響を検討しました。

今回検討に用いたモデルの概要を以下に示します。




解析結果
解析結果のアニメーション(圧力コンター、中央断面表示)を以下に示します。
左から従来型モデル、負圧モデル

従来型モデル(動画左)では、翼の周囲の圧力が最小0Paとなりますが、新機能の負圧モデル(動画右)では、翼周辺に負圧領域(青色の粒子)が存在します。

また、負圧考慮による吐出量への影響を評価しました。
以下に吐出流量の時系列グラフ、吐出安定後の平均吐出流量を示します。



従来型モデルよりも、負圧モデルの方が平均流量が増加し、負圧モデル適用による効果が出ていることが確認できました。

事例のご紹介は以上となります。
上記の事例のように、負圧の影響を含む自由表面の液体挙動のシミュレーションにご興味がある方は、
是非、Particleworksの新機能 負圧モデルを試してみてください。

[From M.Kawahara]

参考文献

[1] 近藤 雅裕. 構造解析と流体解析のための粒子法計算モデルの開発. Master's thesis, 東京大学, 2007.
[2] PN Sun, FR Ming, AM Zhang, and B Wang. Viscous flow past a NACA0012 foil below a free surface through the delta-plus-SPH method. International Journal of Computational Methods, 16(02):1846007, 2019.

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