移動境界：インペラの回転による攪拌槽内流動解析

アニメーションをご覧ください。

１．解析の目的

　撹拌槽内での流体の撹拌･混合は、化学・バイオ分野において重要な工程の一つである。 ブレードの形状等は多様な種類が見られ、撹拌槽内部を十分に撹拌･混合することが目的である。 本解析では、撹拌槽内でインペラを回転させることで発生する槽内の流体の挙動を移動境界を伴なう数値シミュレーションを行い可視化した。

２．解析モデル

　解析用の格子は、容量約680リットルの円筒形の撹拌槽をモデル化し、撹拌槽中心に4枚のブレード（0.02�u/枚）で構成されたインペラを設けた。 撹拌槽内には液体（水）が入っており、撹拌槽中心部にあるインペラが毎秒10回転（600rpm）することで撹拌されている。 総格子数は、137(X)×137(Y)×65(Z)＝1,202,175である。

解析モデル格子パース図
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３．解析結果

　撹拌槽内部のインペラが回転を始めて0.5秒程度経つと、回転の影響により撹拌槽下部のインペラ付近から流速が大きくなっている。 シャフトの周りでは回転直後から下降流が見られる。 時間が経過するとインペラにより押し出された流体が槽の壁面に沿って上方に流れ、その影響から槽上方の流体も撹拌されている様子が見える。
　数値シミュレーションを用いて、インペラの回転数や、槽のバッフル（邪魔板）とインペラとブレードの形状･枚数を変化させて解析することで、槽内の撹拌が活発な混合領域、混合が不十分な領域などを視覚的に捉えることが容易となり、撹拌槽全体の能力の比較･検討が短時間でできる。

速度分布＋ベクトルパース図 ＜0.5秒後＞

速度分布＋ベクトルパース図 ＜1.0秒後＞

速度分布＋ベクトルパース図 ＜2.0秒後＞

粒子（パーティクル）軌跡パース図

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