Particleworks解析事例

エンジン用ブリーザーシステムのオイル分離挙動シミュレーション｜株式会社 本田技術研究所

芳賀誠ら, Honda R&D Technical Review Vol.26 No.2​

Debris flow simulation on the debris flow breaker by coupled analysis of rigid body and fluid

Disaster risk reduction Planning Workshop, NPO, Tokyo, Japan
Hajime Ikeda, Takanori Ito

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濾過装置の形状最適化解析｜濾過精工株式会社

MPS粒子法による流体解析を利用した濾過装置の形状最適化
日本機械学会第12回最適化シンポジウム, (2016)

Particleworksと最適化ソフトウェアOptimusを用いて濾過装置の形状最適化を行い、濾過に使用するフィルター有効面積の最大化が実現されました。詳しい資料をご希望の方は「最適化事例希望」と明記の上、下記よりお問合せください。

機構解析ソフトウェアRecurDynとParticleworksの連成解析

*This model has been developed by The National Crash Analysis Center (NCAC) of The George Washington University under a contract with the FHWA and NHTSA of the US DOT

トランスミッション内のオイルかき上げ解析｜株式会社ユニバンス

連続鋳造ロール間スプレー水挙動解析｜新日鐵住金株式会社

*解析結果に対しレンダリング処理を行っています。

冠水路走行解析

*This model has been developed by The National Crash Analysis Center (NCAC) of The George Washington University under a contract with the FHWA and NHTSA of the US DOT

深いボルテックスを考慮した撹拌槽解析｜三菱ケミカル株式会社

粒子法によるエンジン潤滑油中の気泡挙動シミュレーションに関する研究｜株式会社 本田技術研究所

松井宏次, 松下耕一朗ら, JSAE16 春季

津波解析（原子力発電所）

本事例は、波高約4m、秒速15mの津波が原子力発電所正面に到達した状況を模擬したものです。計算により、津波は堤防を乗り越えた後、発電所の敷地前面に構築された高さ約10～15mの砂丘で大部分は減衰されるものの、一部は砂丘を乗り越えて発電所敷地内に進入するという結果が得られました。本計算においては、流体を約240万粒子、建造物等を約390万粒子でモデル化し、実際の原子力発電所のスケールそのままに解析を実行致しました。
*解析結果に対しレンダリング処理を行っています。
​*本解析対象は架空のものであり、実在の施設等とは一切関係ありません。
【解析条件】領域：1.0km x 0.6km　／　時間：1分間　／　総粒子数：630万

S字パイプ内気泡解析（気液2相流）

本解析は、S字パイプに密度1,000[kg/m3]の液体が滞留した状態を仮定して、パイプ下部より密度10[kg/m3]の気体を吹き込む様子を再現しております。この際の気液密度比は100程度です。
【解析条件】領域：25cm x 25cm　／　時間：4.0秒間　／　総粒子数：約2.5万

パワートレイン内オイル掻き上げ解析

本解析では、直径約20cm、回転数300rpm程度のデフギアから、回転数約1000rpmのドライブギアまで、大きさや回転数の異なる3つのギアの挙動によりエンジンオイルがどのように振舞うかを見ることが出来ます。注目すべき点としては、ギアによって掻き上げられたオイルが機構上部から流れ込む様子が見て取れる点です。同時に、オイル量や流路を妨げる部材の取り付け位置によっては、オイルが流れ込みにくい現象が確認できます。 
*解析結果に対しレンダリング処理を行っています。
【解析条件】領域：50cm x 30cm x 40cm　／　時間：11秒間（但し、ムービー再生速度は約1/2）／　総粒子数：約50万

道路浸水解析｜日本上下水道設計株式会社

近年、夏の東京都市部において「都市型集中豪雨」が多発しています。アスファルトが大部分を占める東京では雨水が地下に浸透しないため、都市の処理能力を超えた雨水が河川の氾濫や地下施設への浸水といった形で被害をもたらしています。日本上下水道設計株式会社様とともに都市型集中豪雨時の雨水シミュレーションに取り組みました。
*解析結果に対しレンダリング処理を行っています。
【解析条件】領域：18m x 13m　／　時間：30秒　／　総粒子数：80万

ノズル噴流解析

本事例は、直径5[mm]の円形ターゲットに対し、噴出ノズルより水と同様の物性を持つ液体を吹き付ける状態を模擬したものです。ノズル噴出解析において、圧力や吹き出し口形状をパラメーターとしたとき、これらが最終的な塗布状態にどのような影響を与えるかの考察を行いました。
【解析条件】領域：5mm x 5mm x 64mm　／　時間：0.03秒間　／　総粒子数：約10万

遊星ミキサによる粉粒体と液体の混合解析

本事例では、遊星ミキサにより固体粒子と流体が攪拌されるシミュレーションを示します。液体よりも比重の軽い固体粒子を用いることにより、流体に浮いていた固体粒子が遊星ミキサにより液体中に攪拌混合される様相が観察されます。
固体粒子を含む流体（固液混相流：スラリー流）は研磨剤などに使用され、固体粒子濃度が高いほど、見かけ上の粘性が高くなるという性質があります。このような固体粒子の挙動を数値的に解析する手法として、離散要素法（または個別要素法）（DEM:Discrete Element Method)があります。この方法は粒子間あるいは粒子と壁面の衝突、および衝突時の摩擦等を考慮して、粒子の挙動を追跡するものです。
*Particleworks（MPS法）と離散要素法の連成解析には別途Granuleworksのライセンスが必要です。

金型冷却解析2

プラスチック材料の金型成形加工において、金型の温度管理は重要な課題となります。これは樹脂材料の特性が温度に依存し、そのことが樹脂流動に大きな影響を及ぼすためです。
粒子法では固体および流体をともに粒子として扱うことにより、固体熱連成解析を実施します。本事例では簡易的な形状の金型に対し、上部から冷却液を噴射したときの金型の温度変化を示したものです。

高粘性液の攪拌（EnSight表示）

化学材料の表面反応では、表面積に応じて反応速度が変化します。そのため、化学材料の攪拌解析では表面積の評価が重要になります。このような表面積の評価はポスト処理プログラムで行うことが可能です。本事例では粒子法ソフトウェアParticleworksの結果をEnSightで表示し、攪拌による表面積の変化を示しています。
*EnSightによる可視化を行うには別途EnSightのライセンスが必要です。

タンクのスロッシング

タンクに振動が加わりますと内部の液体の自由界面が大きく変形します。そのため、スロッシング現象を解析するためには自由界面の変化を詳細にとらえる必要があります。粒子法（MPS法）は大きな変形を伴う自由界面の解析に有効な手法です。本事例ではタンク内のスロッシング解析を実施したときの液体の挙動について、粒子で表現した結果とCG処理を施してサーフェスの透過表示した結果を示しています。

金型冷却解析｜アイチ情報システム株式会社

アイチ情報システム株式会社様と共同で、液体噴霧による金型の冷却を想定した解析に取り組みました。本解析は、縦60[cm]、横30[cm] 、高さ20[cm]の金型に対し、上部に設置されたノズルから冷却液を吹きつけた場合の温度変化を示したものです。冷却液が金型に接触することで、金型表面から徐々に温度が低下していることが確認できます。
​金型を用いて成型等の加工を行う場合、成形品の品質および金型寿命の両面において金型の温度管理が重要になってきます。金型の特定部分で冷却効率が不十分だった場合、金型寿命が短くなったり、成形トラブルが発生するなどして製造コスト増加の原因となる可能性があります。
【解析条件】領域：60cm x 30cm x 25cm　／　時間：0.5秒間　／　総粒子数：約40万

S字パイプ流れ解析

S字パイプ内をヘアピン程度の棒状の物体が水で流される様子を解析しています。S字パイプをポリゴン壁、棒状の物体を剛体粒子として計算しています。
*解析結果に対しレンダリング処理を行っています。
【解析条件】領域：25cm x 25cm　／　時間：1.5秒間　／　総粒子数：約20万

マイクロ流体混合解析｜東京理科大学

マイクロ流体シミュレーションにおいてはレイノルズ数が極めて小さくなるため、流体の挙動が粘性支配的になることや、流体体積よりも流体表面・界面の効果が大きくなるなどの影響から、一般的に目にする流体現象とは異なる挙動を示すことが知られています。また、マイクロ流体における諸課題としては、複雑な界面変化を伴う多相流問題や流体構造連成問題が多いことから、従来の格子法ではシミュレーションが難しい点も指摘されてきました。粒子法は、連続体の運動を離散粒子群の運動によって近似するため、本質的に複雑な界面変化を伴う多相流問題や流体構造連成問題等の取り扱いに優れています。このため、マイクロ流体解析においては極めて有効な手法と考えられています。
本事例では、Y字型流路を想定して粘性および濡れ性の異なる2液の混合シミュレーションを示します。黄色と青色の2溶液は、ともに0.2[m/s] で流路に流れ込んでいます。この2溶液が、Y字部分で合流するものの、層流として互いに交じり合うことなく流れる様子を見て取ることが出来ます。
【解析条件】領域：5mm x 1mm x 0.3mm　／　時間：10ミリ秒　／　総粒子数：約2万

プラスチックの成型加工

射出成型加工は、混練機で加熱し、流動状態にした樹脂材料を、冷却された金型に圧入し成形する加工法であり、工業製品の多くはこの方法で製造されています。プラスチック材料は、熱可塑性樹脂（加熱することにより軟化する樹脂）と熱硬化性（加熱することにより硬化する樹脂）に大別されます。
本事例では熱可塑性樹脂が冷却された金型内を流動する様相のシミュレーションを示します。ここでは、せん断速度および温度に依存して粘性が変化するパワーローモデルを用いることにより、金型内の熱可塑性樹脂の流動を再現します。

立方体後方に生じる乱流

乱流とは渦を伴い、時間および空間的に不規則に変化する流れを言いますが、このような乱流現象に対して、数値解法を用いて直接解くためには非常に高い空間解像度（格子を用いた手法ではレイノルズ数の9/4乗のオーダーの格子数）を必要とします。そのため、工学的な問題を解く場合には、空間的あるいは時間的な平均化を施した数学モデル（乱流モデル）を使用します。粒子法における乱流解析でも乱流モデルを使用します。本解析では立方体形状の障害物後方の乱流をシミュレーションした結果を示しています。障害物後方に発生する渦などが観察できます。

高粘性液の攪拌

プラスチック材料やゴム材などは成形、加工性に優れ、多くの工業製品に用いられています。これらは粘性が高く、製造工程中に空気を巻き込みますとなかなか空気が抜けず、この状態で固まりますと本来材料が持つ特性を損なうことがあります。そのため、攪拌により空気を抜く、すなわち脱泡を行います。本解析では回転方向が互い違いとなる3枚の攪拌翼により高粘度液が攪拌される様相を解析しています。粒子法はこのような高粘度の流動に対して安定かつ少ない計算工数での解析が可能です。
*解析結果に対しレンダリング処理を行っています。

二軸スクリュ押出成形解析｜株式会社日本製鋼所

解析条件
【物性】密度：水>1000kg/m^3　動粘性係数：5e-2m^2/s　表面張力：off
【DF移動条件】スクリュの回転速度：スクリュ左>30rpm　スクリュ>30rpm
【粒子径】2.5mm
【粒子モデル化】総粒子数：最大約7万粒子