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.
COMSOL へお問い合わせ
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. 混合面条件は, ターボ機械の回転部品と静止部品間の相互作用を効率的に考慮するために利用できます.
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ー化されており, 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.
軸方向インペラは6種類, ラジアルインペラは5種類, 超高粘度流体用インペラは2種類あります. インペラは, 表面ブレード表現または指定された厚さのソリッドブレード表現のいずれかを使用できます. タンクは、円錐底、皿底、平底の3種類があります. これら3種類すべてにバッフルありまたはなしを選択できます.
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, 流体流れ インターフェース, 濃縮種の輸送 インターフェース, 希釈種の輸送 インターフェースを自動的に連成し, 化学種の輸送および反応を考慮した解析を可能にします. 回転インペラ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 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 スタディは, 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 スタディは, 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.
システム全体が回転する場合は, 回転座標系に対する相対速度を解くことで, 計算効率の高い解析を行うことができます. これは, 回転座標系を有効にすることで実現できます.
ミキサーモジュールには, 乱流量の輸送を解くための幅広い RANS 乱流モデルが含まれています. これらには以下に挙げる渦粘性モデルが含まれます:
さらに, レイノルズ応力テンソルのすべての成分の輸送方程式を解き, 乱流運動エネルギーの再分配を考慮した, より高度なレイノルズ応力モデルも利用可能です. これらには以下が含まれます:
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:
シミュレーションのニーズはそれぞれ異なります.
ソフトウェアがお客様の要件を満たすかどうかを十分に評価するには, 当社までお問い合わせください. 営業担当者とご相談いただくことで, お客様の目的に合わせた推奨事項や, 評価を最大限に活用するための文書化されたモデル事例などをご提供します. お客様のニーズに最適なライセンスオプションの選択をサポートします.
"COMSOL へお問い合わせ" ボタンをクリックしてください. 連絡先情報, 具体的なご意見やご質問をご入力のうえ送信してください. 1営業日以内に営業担当者よりご連絡いたします.
ソフトウェアデモをリクエスト
