Rocky DEMの熱伝達モデルを用いたロータリーキルンのシミュレーション

皆さま、こんにちは。

IDAJの中嶋です。

今回は、パーティクルシミュレーター「Rocky DEM」の開発元である、ESSSが公開しているBLOGの内容を翻訳してご紹介します。

粒子状材料の熱伝達は、さまざまな産業での適用において主要な現象です。材料は、たいてい粒の状態で扱われて貯蔵され、所定のプロセスで加熱したり冷却する必要があります。

ロータリーキルンは、冶金・触媒産業において一般的に使用される混合装置です。長く、回転するドラムで、内部バッフルがあるものとないものがあります。

ドラムの壁面が加熱されると、壁面と粒子間で熱が伝達し、内部の粒子が加熱されて乾燥します。

Rocky DEMでは、粒子間、粒子と境界の相互作用、熱交換が考慮されます。そのため、ロータリーキルン内の粒状材料の熱伝達を研究するのに便利なツールであり、エンジニアがこの装置を設計、最適化するのに役立ちます。

こちらの動画の粒子と容器の初期温度は298Kで、ドラムは30rpmで回転しています。曲線状の壁面が1,298Kまで急速に温められ、時間の経過とともに変化する粒子の温度がモニタリングされています。

回転ドラム内の熱伝導

動画1と2では、ドラムの回転速度が平均粒子温度に与える影響が示されおり、容器の速度が速いほど、熱均一性に早く到達することがわかります。

また、以下のグラフから、回転速度が速いほど、平均粒子温度が高くなることが見て取れます。

異なる回転速度における温度変化

ドラム内を並べて示した以下の図からは、回転速度の速いドラムの方が、温度の低い粒子の領域（濃い青）が早く小さくなることがわかります。

Rocky DEMを使えば、異なる形状・動作条件について、離散要素法（DEM）による評価を迅速に行うことができます。また、Rocky DEMとAnsys Fluent連成機能を用いて、流体と粒子間の熱伝達を計算すると、離散要素法（DEM）を使ったモデル化が可能なプロセスの幅が広がります。

2016年4月15日公開

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