DEMプログラムの妥当性検証

kominami_katsuyuki

最近趣味でDEMを勉強しています。
ひとまず2次元のDEMコードが作れたので、精度の検証をしたいと考えています。そこで、DEMでは一般的にどのような検証方法があるのかお尋ねしたいです。また、他にも気になる点があったので以下にまとめました。

・単一粒子での検証で事足りるか(複数粒子での検証は必要ないか)
・もし複数粒子での検証が必要になる場合、実験データはGoogle scholarから入手できそうか？

お手数ですがよろしくお願いいたします。

管理人

1粒子系では自由落下のような単純な運動しか検証できません。したがって、まず2粒子系（粒子―粒子、粒子―壁）の運動を対象とし、解析解と数値解が一致するかどうかを確認します。減衰振動など、力学の教科書に掲載されている典型例で確認します。

3粒子以上になると一般に解析解は存在しないため、可視化によって不自然な挙動が生じていないかを確認します。さらにエネルギー収支を逐次チェックすることで、時間積分が正しく実装されているかどうかを検証できます。

モデルが独自のものでない場合には、信頼できるオープンソースのプログラムと同じ系で計算結果を比較し、丸め誤差の範囲内で一致することを確認するのが望ましいと考えます。

kominami_katsuyuki

回答いただきありがとうございます。
DEMの精度検証における疑問点が解消できたのでとても助かりました。また、比較用のオープンソースコードとしてLIGGGHTSの使用を検討しています。LIGGGHTSの扱い方などで今後も質問することがあるかもしれないので、その際はよろしくお願いいたします。

M.Tsutsui

直近業務でやりたいことがあり．Wikipediaの記事を見て環境構築しつつ実施中です．
動的安息角だと粒度分布の影響が結構出ると思うんですが，シミュレーション上でそこを広げると時間ばっかり食うので極力大きい粒子かつ，均一な粒子径のものを使ってのシミュレーションで実機に近い挙動になったら満足，という形で妥協してます．
パラメータの推定として現実と対比する簡略的なシミュレーションとしての一般論あるいは戦略って何かあるんでしょうか？

実際の粒に適用する動的安息角の測定法(定速で回転する円筒内で粒子が成す角を測定)を参考に機器と粒子間．粒子間同士の相互作用をざっくり把握するかなぁくらいしか思いつきませんが，これだと円筒と粒との相互作用も考慮しないとなので入り口が面倒だな．．．と

とりあえず(現実よりははるかに大きくとも粒子径を時間的に許す限り小さくすることで)近しい挙動までは一般論でたどり着いたのであとは条件をいくらか調整するだけ，とは思っているのですが

動的安息角を用いた経験的な較正は、実務上かなり一般的な方法です。ただし、回転数が 1 条件だけでは、粒子間摩擦、粒子-壁摩擦、転がり抵抗を一意に切り分けるのは難しいため、複数の回転数条件で動的安息角を測定し、必要に応じて回転ドラム内の表面流動層厚さなど別の指標も併用しながら、複数の回転数条件に整合するパラメータの組み合わせを探索するのが妥当だと思います。

また、粒度分布を均一化したり、粒径を実際より大きくしたりする扱いは、単なる近似というより粗視化に近いです。その場合に得られる値は、実粒子そのものの材料定数というより、粒度分布、対象装置や運転条件に対するパラメータとして解釈するのが無難です。粗視化については、エネルギーが等しくなることを踏まえたスケーリング則が議論されていますが、粒度分布から摩擦係数を一意に換算できるような一般則は、少なくとも私の知る限り存在しません。

M.Tsutsui

ご回答いただきありがとうございます
実際の設備の規模あるいはその一部を切り取っても現実問題再現不能なレベルの負荷を要求されるので複数の異なる条件で現実と挙動が似通ったもので満足する，というのが妥協点でしょうか？
それだけでも確証がないのにプラントをいじるという非現実的な話よりは相当な利点があり有用なので妥協点を探りつつ試行したいと思います