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例題２６ 攪拌槽(バッフルなし)の流れ解析
本例題について
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攪拌槽内で二つのインペラが回転する解析です。
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MRF回転領域の自動作成（固体領域に設定）を使用します。
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Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。
解析モデルダウンロード
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プロジェクトファイルをダウンロード（右クリックし、名前を付けてリンク先を保存してください。）
解析空間
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項目 |
条件 |
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解析空間 |
3次元 |
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モデル単位 |
mm |
解析条件
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項目 |
タブ |
条件 |
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ソルバの選択 |
流体解析[Bernoulli] |
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解析の種類 |
流体解析 |
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流れの種類 |
流体解析 |
内部流れにチェック |
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回転を考慮した解析(MRF) |
流体解析 |
回転を考慮した解析(MRF)にチェックを入れる |
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メッシュ設定 |
メッシュ |
標準メッシュサイズ:80[mm] |
回転を考慮した解析(MRF)の設定
各インペラごとにボディ属性を作成する必要があります。
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回転領域 |
設定方法 |
回転中心座標[m] |
回転軸ベクトル |
角速度[deg/s] |
時間依存性 |
参照基準 |
| Impeller1 | 固体領域(Solid) | 自動取得値 | 自動取得値 | 60 | なし | Absolute |
| Impeller2 | 固体領域(Solid) | 自動取得値 | 自動取得値 | 60 | なし | Absolute |
回転中心と回転軸ベクトルには自動取得値を使用しています。Femtetでは回転領域のボディ属性を選択すると自動で回転中心、回転軸ベクトルを取得するので、今回はその値をそのまま用います。
インペラブレードが二つのときなど値が不適な場合もあるので、ご注意ください。詳しくは「解析条件の設定/流体解析/回転を考慮した解析(MRF)」を参照ください。
モデル図
攪拌槽内にインペラが二つついたシャフトがあるモデルを考えます。攪拌槽は、バッフルなし、三枚ブレードインペラなど簡易化しています。
インペラ周りの回転領域ボディは、解析条件＞回転を考慮した解析(MRF)＞回転領域の設定で「固体領域に設定」とすることで自動で作成されます。
「メッシュ生成のみ実行」よりメッシュを作成すると、「Impeller1_MRFAuto」、「Impeller2_MRFAuto」という二つの回転領域が作成されたことを確認できます。
・モデル
・メッシュ作成後
インペラボディにメッシュサイズを指定していないため、自動でメッシュサイズが計算され、回転領域とインペラボディが細かくなっています。
回転領域のメッシュサイズを指定する場合、インペラボディにメッシュサイズを指定する必要があります。
詳しくは「解析条件の設定/流体解析/回転を考慮した解析(MRF)」、「テクニカルノート/回転を考慮した解析(MRF)」を参照ください。
ボディ属性および材料の設定
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ボディ No./ボディタイプ |
ボディ属性名 |
材料名 |
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1/Solid |
Impeller1 |
104_ステンレス鋼※ |
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2/Solid |
Impeller2 |
104_ステンレス鋼※ |
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3/Fluid |
Fluid |
100_水※ |
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4/Solid |
shaft |
104_ステンレス鋼※ |
※水、ステンレス鋼は材料データベースを利用
境界条件
デフォルトから変更なし
解析結果
流速分布ベクトル図を表示します。バッフルがないため、攪拌槽全体が回転していることが確認できます。
また、テーブル＞壁面トルク[N・m]を表示することでインペラごとの壁面トルク値を確認することができます。
今回の計算ではバッフルがなく攪拌槽全体が回転しているため、やや小さめの約-0.12 [N・m]という結果になりました。
この値と回転角速度の積をとることで軸動力（シャフトパワーP=壁面トルク x 回転角速度）を計算することができます。