ミキサーと攪拌槽反応器における流体の流れのモデル化
CFDモジュールのアドオンであるMixerモジュールは, CFDモジュール, 特にミキサーや攪拌槽反応器のモデリングとシミュレーションのために設計されており, バッチプロセスと連続プロセスの両方を網羅しています, 製薬, ファインケミカル, 食品産業におけるミキサーやリアクターのモデリングとシミュレーションのための幅広い機能を備えています.
層流, 乱流, 単相, 混相流をモデリングする機能を搭載しています, また, 回転するインペラーを備えたタンク内の液面を追跡する機能も含まれています.
典型的なシミュレーション結果としては, 速度場, 圧力場, 混合効率, 最大せん断速度, インペラー出力とトルク, 溶質濃度または滞留時間, 温度場, および速度場, 濃度場, 温度場から得られるその他の数量があります.
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医薬品, ファインケミカル, 食品の各プロセスでは, 製品の品質, 再現性, 均一性が最も重要視されます. このような製品の要求を満たすための一つの方法として, 混合プロセスやミキサー・反応器自体の操作の設計と最適化のためにシミュレーションを行うことがあります. モデルやシミュレーションは, まずパイロットプロセスで検証し, その後スケールアップの計算に使用することができれば, 特に有用です, 検証されたモデルは, パイロットプロセスの構築や運転にかかるコストを回避し, ラボスケールの生産からフルスケールの生産に直接移行するために使用することができます.
様々な流体混合シミュレーションを行うための機能をご紹介します.
ミキサーモジュールには, 回転するインペラーを持つタンク内の流体流れを記述するための柔軟でロバストなモデリングインターフェースが含まれています. 流体流れ インターフェースは, 非圧縮性, 弱圧縮性, または完全圧縮性流体を含む層流および乱流を説明します, また, _ 層流_ インターフェースでは, 幅広い非ニュートン流体モデルを利用することができます.
回転インペラーのモデリングでは, CFDモジュールのレイノルズ平均ナビエ・ストークス（RANS）乱流モデルと非ニュートン流体モデルをすべて含む 乱流用流体流れインターフェースが利用可能です.
ミキサーモジュールは, 浮力や温度依存性の影響を含む温度場と流れ場のモデリングを行う 非等温流インターフェースを備えています. また, 非等温流インターフェースには, 共役熱伝達として知られる流体と固体の熱伝達をモデル化する機能が含まれています. このモジュールには, 層流と乱流の両方の乱流モデルで使用できる 回転機械, 非等温流インターフェースが含まれています.
回転機械で利用可能なゼロ方程式RANS乱流モデルを以下に示します:
代数 yPlus:
L-VEL:
ミキサーモジュールには, 最も一般的なインペラーやタンクの形状を含むパーツライブラリが含まれています. これらのパーツを使用して, ミキサーや攪拌タンクリアクターのモデルを作成することができます. ジオメトリパーツは完全にパラメータ化されており, 寸法と構成の両方を変更することが可能です. インペラーブレードの切断や折り曲げ, 角やエッジの丸めや研ぎ出しが可能です. 軸流インペラー6種類, 半径流インペラー4種類, 超高粘度流体用インペラー2種類を用意しています. タンクは, 円錐底タンク, 皿底タンク, 平底タンクの3種類があります, いずれもバッフル付きとバッフルなしがあります.
混合器や攪拌槽反応器は, 温度や組成の変化にさらされ, 局所的な密度や粘性に影響を及ぼします. これらの影響は, 反応流インターフェースを用いてモデル化することができます.このインターフェースは, 化学種の輸送と反応を説明できるように, 流体流 インターフェースを 濃縮種の輸送 インターフェースまたは 希釈種の輸送 インターフェースに自動的に結合します. 回転するインペラーを持つミキサーおよびタンク反応器における反応流は, 層流および乱流の両方で調査することができます.
さらに, ミキサー モジュールには, 表面追跡による分離混相流のモデリング インターフェースと, 各相の局所的な質量または体積分率が求解される分散混相流モデルのモデリング インターフェースが含まれています.
回転機械内の流体流れに関する時間依存の研究では, 時間による回転を考慮するためにスライディングメッシュアプローチを使用しています. COMSOL® では, インペラーを包含する回転領域と, その外側のタンク壁とバッフルが位置する静止領域を定義しています.
ミキサーモジュールは, 回転基準フレームに対するシステムのトポロジーが固定されていると仮定して回転流をシミュレートする フローズンローター のスタディも備えています. これにより, 擬似的な定常状態のシミュレーションに必要な計算コストを大幅に削減することができます. フローズンローター の研究は, 回転領域に遠心力とコリオリ力を加えた定常ナビエ・ストークス方程式を解くことと同じです. また, フローズンローター 研究は, 回転領域を持つ時間依存型研究の初期条件を得るために頻繁に使用されます.
乱流量の輸送を伴うRANS乱流モデルのうち, 回転機械で利用可能なものを以下に示します:
CFD モジュールのアドオンであるミキサーモジュールは, COMSOL® 製品群の他のアドオンモジュールと組み合わせて使用することが可能です, 例えば, 以下のものと組み合わせることができます:
どのビジネスもシミュレーションニーズもそれぞれ違います. COMSOL Multiphysics® ソフトウェアがお客様のご要望を満たすかどうかをきちんと評価するために, 我々にご連絡ください. 我々のセールス担当と話をすれば各個人に向いたお勧めや, しっかり文書化されたモデルなどをお送りすることができ, 最大限の評価結果を引き出すことができます. 最終的にどのライセンスオプションがあなたの要望にとって最適かを選択することができます.
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