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粉体シミュレーションソフトウェア|iGRAF

粉体シミュレーションソフトウェア|iGRAF(アイグラフ)

iGRAF (Integrated Granular Flow Simulation Software, アイグラフ) は、離散要素法 (DEM) に基づく粉体シミュレーションと流体シミュレーション (CFD) の両方が可能な統合型シミュレーションソフトウェアです。iGRAF は使いやすさを重視しつつも、国際学術誌に掲載された物理モデルを多数実装するなど、ユーザビリティと計算結果の信頼性を高い水準で両立しています。様々な粉体現象のシミュレーションは iGRAF のみで完結させることが可能です。



iGRAFの3つの特長

図:実機スケールのシミュレーションを実現

1.実機スケールのシミュレーションを実現

実際の粉体プロセスにおける粒子数は億から兆オーダーに達することが大半です。iGRAFでは、学術界で検証された粗視化モデルによる計算負荷の軽減、並列計算や陰的アルゴリズムによる計算の高速化・安定化によって、大規模な実機スケールのシミュレーションを可能としています。

図:高性能な物理モデルによる優れた再現性

2.高性能な物理モデルによる優れた再現性

iGRAFの最大の特長は、CFD(流体)ソルバーを内蔵していることです。流体の影響が大きな粉体減少も経験的なモデルに依存せずにiGRAFのみでシミュレーションできます。独自の液架橋力モデルなど高性能な物理モデルも備えており、様々なプロセスに対して優れた再現性を発揮します。

図:シミュレーションに必要な使いやすさを追求

3.シミュレーションに必要な使いやすさを追求

現実 に近い初期状態を簡単に作成できるランダムパッキング(充填機能)、メッシュを意識しない形状認識技術、設定を支援するアシスタント機能、混合度の出力機能、シームレスな流体との連成計算など、これからシミュレーションを始める方にも使いやすい設計を追求しています。

粉体シミュレーションの権威 東京大学酒井先生による技術支援

粉体シミュレーション分野の権威である東京大学 酒井先生を特別技術顧問に迎え、最先端の解析技術やノウハウを取り入れながらiGRAFの開発を進めています。ご希望のユーザー様には、高度な解析テーマのご相談など、先生を交えた強力な技術支援をご提供します。

写真:東京大学 酒井先生

株式会社構造計画研究所 特別技術顧問
東京大学大学院 工学系研究科
附属レジリエンス工学研究センター/原子力国際専攻(兼担)
酒井幹夫 准教授

専門は粉体・混相流の数値シミュレーション。国内では粉体工学会理事、日本粉体工業技術協会粉体シミュレーション技術利用分科会コーディネータ、同協会AI技術利用委員会委員長、海外では英国インペリアル・カレッジ・ロンドン脚韻准教授、英国サリー大学客員教授などを務める。世界的に有名な学術雑誌のChemical Engineering Science, Granular Matterの編集委員にも選出されるなど、粉体・混相流のシミュレーション分野で国際的に活躍する研究者の一人。

解析事例

リボンミキサー

ヘンシェルミキサー

コンテナブレンダー

スクリュー搬送

空気輸送

二軸混錬

流動層

ボールミル

ビーズミル

ホッパー(偏析)

ホッパー(閉塞)

金型充填

サイクロン

ロールミル

粉液撹拌



解析機能
DEM-CFD

図:DEM-CFD

iGRAFには粉体の解析手法である DEM と流体解析(CFD) の手法の一つである有限体積法 (FVM: Finite Volume Method)ソルバーが実装されています。iGRAFのCFDソルバーは、非ニュートン流体、高粘性流体、剛体移動、自由表面など流体解析専用ソフトウェアに遜色ない解析機能を有しているほか、これらを独自の手法でカップリングしたDEM-CFDシミュレーションにより、粉体や流体の単相流に加え、流体の影響を含めることが本質的な混相流もiGRAFのみでシームレスに解析することが可能です。

粗視化

図:実機スケールのシミュレーションを実現

実際の粉体プロセスは非常に多くの粒子によって構成されることが大半で、その規模がシミュレーションを行う上で障害になっていました。iGRAFには、独自開発された粗視化モデルが実装されており、これにより大規模体系のシミュレーションを現実的な計算コストで実現しています。粗視化モデルでしばしば問題になる粉体挙動の再現性については、様々な体系で実験結果との検証が行われており、その妥当性が確認されている信頼性の高いモデルです。

液架橋力/ファンデルワールス力

図:高性能な物理モデルによる優れた再現性

iGRAFでは付着力として液架橋力とファンデルワールス力の考慮が可能です。特に液架橋力モデルは、一般的なモデルが水分量1~2% 程度の範囲までを適用域とする一方で、iGRAFのモデルは水分量15%程度までの検証実績を有しており、強みの一つです。粒子が小さい場合には、重力に対して粒子間に作用する付着力が卓越することが知られていますが、これらのモデルによって付着力が支配的な現象も合理的に予測することが可能となります。

非球形粒子機能 ★NEW★

図:非球形粒子機能

球形粒子に加え、非球形粒子を考慮したシミュレーションが可能です。非球形性の表現は、回転抵抗モデルを用いたパラメータ表現と楕円形関数モデルを用いた幾何表現から選択することができます。粒子形状は粒状材料の動力学挙動に多大な影響を与えることが知られており、実際のプロセスで見られる非球形粒子を考慮したシミュレーションによって、粉体挙動の高精度な再現や把握が可能となります。

機能一覧

動作環境

OS Windows 10
CAD SOLIDWORKS 2018, 2019
ParaView Ver. 4.0.1
GPU SOLIDWORKS推奨スペック準拠
メモリ 16GB以上, 32GB~64GB以上推奨
CPU Intel社製/6コア~20コア以上推奨/高クロック数推奨
プリ  
CAD インターフェース SOLIDWORKS 準拠
グリッド作成機能 粉体グリッド / 流体グリッド (リファインドグリッド)
プロジェクト 複数プロジェクト管理機能, プロジェクト複製機能
その他 タイムステップ推奨値算出機能
ソルバー  
解析タイプ 粉体単相流, 流体単相流, 固気2相流, 固液2相流, 気液2相流, 固気液3相流 (CFD, DEM - CFD, DEM - VOF)
粒子配置 規則配置 (粒子数, 重量), ランダムパッキング (粒度分布)
粉体間・粉体 – 壁面間相互作用力 ファンデルワールス力, 液架橋力, 潤滑力, 反発係数, 摩擦係数, 回転抵抗
粒子形状 球形粒子, 非球形粒子 (楕円球関数モデル / 回転抵抗モデル), 粒度分布, 複数材料
粉体境界 ばね定数, 反発係数, 摩擦係数, 回転抵抗係数, 接触角, 流入速度
混合度評価 ミキシングインデックス (Lacey’s Mixing Index)
流体 ニュートン流体, 非ニュートン流体, 高粘性流体モデル
乱流モデル LES (Smagorinsky モデル)
壁面境界 壁面, 流速, 圧力指定
自由表面 VOF 法
剛体運動 回転移動, 並進移動, 振動, テーブル指定 (CSVファイル入力)
物体形状認識 符号付距離関数 (SDF), 埋め込み境界法 (IBM)
解析実行 並列計算, 計算中断, バッチ処理
計算負荷低減 粗視化, 多孔質体
他プロジェクト連携 結果転送
ポスト  
描画 粉体分布, コンター, ベクトル, 等値面, 流跡線
粉体表示, 断面表示
しきい値による表示範囲クリッピング
結果処理 粒子データ抽出, 領域データ抽出
ファイル出力 画像ファイル, 動画ファイル, CSVファイル

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