流動層の粉体撹拌

流動層（または流動床）とは粉体を入れた容器の底面から流体を噴出させることによって粒子を浮遊させた状態のことです。粒子と流体の接触面積が大きく、化学反応や熱交換が促進されること、効率よく粒子を混合・撹拌できることなどから、燃焼、乾燥、加熱（冷却）、造粒など広範な工業プロセスで利用されています。流動層のシミュレーションは流体と粒子の挙動を同時に求めなければならないため、流体解析と粉体解析の連成解析が必要になります。しかし、流体解析と粉体解析は計算手法の違いなどから別々のソフトウェアとして開発されていることも多く、異なるソフトウェア間の連携機能がなければ連成解析を行うことができません。また、連携が可能なツールがあっても、ライセンスは個別に用意しなければならないため、導入コストが大きくなるといった側面もあります。
本事例では、LS-DYNAの流体解析ソルバー（ICFD）と粉体解析ソルバー（DEM）を組み合わせた連成解析のシミュレーションについてご紹介致します。

粒子を初期状態の高さに応じて3色に塗り分けて色付けした解析結果からは、空気の流れによって最終的に色の異なる粒子が均一に咬合されている様子が確認できます。粒子速度で色付けした解析結果からは、底面から噴出する空気によって中央部分の粒子速度は大きく、噴流の左右の循環流の部分では粒子が滞留して速度が小さいことなどがわかります。モデル中央断面における流速のコンター図からは、流速の増大に合わせて粒子内に空気が浸透し、中央の粒子を上部に輸送する様子や、モデル中央の噴流が側面から落下してくる粒子の影響で左右に揺らいでいる様子などが見て取れます。このようなシミュレーションにより、容器形状や流速の違いなどによる流動パターンの変化を検討することができるようになります。