オープンソースCFDを活用した熱流動・物質移動プロセスの設計

化学工学会関西支部第4回技術シーズフォーラム　2016.10.7同志社大学室町キャンパス
－攪拌、混合、流動、伝熱－　～マイクロミキシグからヒートインテグレーションまで～
オープンソースCFDを活用した
熱流動・物質移動プロセスの設計
大阪大学大学院基礎工学研究科
高木洋平、岡野泰則
研究目的：
・現象のモデリング(支配方程式の記述)から
数値シミュレーションコードの開発、解析実行、
結果を踏まえたプロセスの設計をなるべく早く、
正確に行いたい。
・直接観察が難しいプロセスを”見える”化し
たい。
・プロセス制御手法を理想的(数値的)な条件
化で検討したい。
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研究方法：
オープンソースCFD: OpenFOAM®
・オープンソース、無料
・オブジェクト指向プログラミング, C++
・カスタマイズ
・豊富なライブラリ
∂(u)
+ ∇ ⋅ (φ u) − ∇ ⋅ ν∇u = −∇p − β (T − T0 )g
∂t
solve
(
fvm::ddt(rho,U)
+fvm::div(phi,U)
-fvm::laplacian(nu,U)
==
-fvc::grad(p)-beta*(T-T0)*g
);
非圧縮性
燃焼
圧縮性
DEM
輻射
乱流
熱
混相流
化学反応
連成解析
主要な成果：
・熱対流制御
・粒子を含む流体混合
パドル翼
振とう方式
外力印加
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結論：
1.  熱・物質移動を含む流動現象を支配方程式から速やかにコード化し、プログラ
ム開発の時間を短縮した。
2.  結晶成長プロセスのような直接観察が不可能な装置内流動現象を空間的・時
間的に”見える”ようにした。
3.  外力による対流制御手法を選択的に検討し、効率的で高品質なアウトプットに
つながるプロセスを見出した。
今後の展開、応用への展開：
・システム制御手法とのカップリング
a. 随伴解析
b. 多目的最適化
・バイオプロセス、マイクロ流動
・自然災害、防災
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