出光興産（株） 生産技術センター

坂倉 圭

2015/11/12

Ensightによる大規模流動層解析の可視化

発表順序

1.会社紹介

2.PD(Particle Dynamics)の紹介

3.PDの可視化の課題

4.粉体解析精度の検証

5.大規模流動層解析

6.FCC装置の紹介

7.まとめ

1.会社紹介

1.会社紹介

生産技術センター

□ソフト

流体：FLUENT、RFLOW、OpenFOAM、STAR-CCM

粉体：PD(Particle Dynamics)、RFLOW

構造：Abaqus、DEFORM

格子：ANSA、HexPress、Gambit

可視化：Ensight

□ハード

クラスター：128コア/40コア

ワークステーション：10台以上

スパコン：FOCUS

機能によるソフト・ハードの使い分け

1.会社紹介

CAE環境

撹拌槽

充填層

PIV

気固流動層

三相流動層

実験による現象理解とCFD検証

1.会社紹介

可視化実験装置

気固流動層(PSRI)

ライザー(PSRI)

2.PDの紹介(PD Lab社と共同開発)

□DEM(Discrete Element Method)

→粒径分布、付着、変形、膨張

→クラウドモデル（代表粒子径モデル） →粒子同士の任意な結合

→構造物体との連成

→伝熱（伝導、対流、輻射） →反応モデル、エロージョンモデル

□気固系、気液固系(VOF)

□乱流モデル；LES

□低コスト →MPIパラレル ⇒ 阪大との共同開発

大規模化を達成

→メッシュ：PD独自

→ソルバー設定：TUI

→可視化：PDのGUI, EnSight用コンバータ開発

2.PDの紹介

粒径分布、付着、変形、膨張

粉体攪拌、スプレー噴射

2.PDの紹介

構造物体との連成

2.PDの紹介

１．スカラー値の表示の不連続

２．等高線、等値面の表示が不可

３．複数断面の表示が不可

４．ズームイン・アウトが不可

3.PDの可視化の課題

PDによるトリクルベッド内の気液流動

EnSight表示

3.PDの可視化の課題

EnSight動画

4.粉体解析精度の検証1

0.11s 0.215s 0.32s0.11s 0.215s 0.32s

検証論文： Porosity Distribution in a Fluidized Bed with an Immersed Obstacle AIChE Journal Vol.35,No.6,(1989) J.X.Bouillard,R.W.Lyezkowski,D.Gidaspow

気泡径や上昇速度が良く一致している

代表粒子径2.0mm

ポロシティの時間変化（ジェット出口上3.81cmの時間変化）

PD計算 実験測定

全体的な分布が実験と一致 物体周りが高くなっている点も再現

時間平均

実験測定 ポロシティ変動振幅と周期が 実験とよく一致

4.粉体解析精度の検証1

EnSight動画

4.粉体解析精度の検証1

空塔速度 0.06 0.12 0.18(m/s)

抗力補正0.3

Snap shot

at 6.0sec

空塔速度と層膨張率の関係

代表粒子径1.8mm

4.粉体解析精度の検証2

圧力損失

抗力モデルの 補正が必要

圧力損失は ほぼ一致

触媒A

触媒B

Wen-Yu式

4.粉体解析精度の検証2

1回転毎のsnap

1mmｱﾙﾐﾅ/3mmｶﾞﾗｽの混合過程

定常状態において 偏析状態を表現可能

4.粉体解析精度の検証3

粒子軌跡 圧力（dyn/cm2） 周方向流速（cm/s）

流速と圧損

粒子流量と圧損

検証論文：CFD-DEM simulation of the gas-solid flow in a cyclone separator Chemical Engineering Science Vol.66,834-847(2011) K.W.Chu,B.Wang,D.L.Xu,Y.X.Chen,A.B.Yu

4.粉体解析精度の検証4

動画

4.粉体解析精度の検証4

5.大規模流動層の解析

100cm×80cm×100cm

密度 2.5g/cm3

粒径 300μm

粗視化率 11.67

計算粒子数 10,022,880

通常のPCで1000万粒子を計算が可能

使用メモリ約40GB

Simulation time:5sec

CPU127h(5.3日)

空気 リフトスチーム

原料油

ライザー

ストリッパー

ストリッピング スチーム

炭化水素 ベーパー

Flue Gas （N2,CO , CO2,H2O)

反応塔

再生塔

6.FCC装置の紹介

EnSight可視化：粒子体積分率

300万粒子

12コア

6.FCC装置の紹介

7.まとめ

PDの可視化機能の以下の課題をEnSight用コンバータ開発により解決した。

・スカラー表示の改善

・等高線、等値面表示

・マルチプレーン表示

・マルチ画像表示

・大規模粒子の可視化表示

以上