ディゾルバー高速撹拌機による撹拌のCFD解析　混合編

ディゾルバー高速撹拌機は、円盤の円周上に上下交互に折り曲げられた羽根のある形状をしています。容器に対して比較的小型の翼を配置し翼先端速度（周速）を10m/s~25m/s程度に回転させることで、凝集物の解砕などの分散に利用されています。

凝集物の解砕などの分散は、周速の速い翼先端で処理されると考えられますが、CFD解析の技術的な課題があります。今回は処理液全体に着目し、周速の速い翼先端が吐出する処理液の混合について次のミキサー条件でCFD解析を行いました。

撹拌機の混合解析では一般的に処理液の流速解析に加え、粒子マーカーの移動を観察します。周速の速い翼先端において粒子マーカーの移動量が多くなるため、短い時間間隔を設定しますが、流速の遅い領域では、粒子マーカーの移動がほとんどなくなるため混合の観察に膨大な計算が必要になります。そこで周速の速い領域の流れについてはあらかじめ計算で決定し、次の図のように流速の遅い領域についてのみ、粒子マーカーを翼先端に定期的に出現させて混合性を解析しました。

粒子マーカーの移動に着目し経過時間で確認した結果を次に示します。粒子マーカーの移動から、翼先端から容器底部へ吐出した流れは、容器壁面に沿って液面まで到達後、再び翼へ吸い込まれている様子がわかります。一般的にディゾルバー高速撹拌機の液の流れは、半径方向外側へ吐出し容器側面で上下方向へ別れることが知られていますが、今回のように容器に対して偏心し、容器の底付近に設置した場合では、上下方向へ別れる流れはなく、上下の混合性も良好でした。160周2秒後に粒子の無い領域が無いことから、十分な混合性があると考えられます。

最後にこの結果を動画にまとめたものを示します。

ディゾルバー高速撹拌機による混合をテーマにCFD解析を行いました。ディゾルバー高速撹拌機のフローパターンのイメージができたと思います。今回は翼先端から吐出した流れが容器底部から容器壁面に沿って液面まで到達する流れを示しましたが、撹拌の目的や処理物、サイズスケールによってこれらは大きく変わります。混合不良の課題などございましたら、ぜひ弊社へご相談いただければ幸いです。CFD解析では撹拌挙動を可視化することで直感的な理解が容易にできるメリットがある一方で、コンピュータによる架空のシミュレーションであることから、なんらかの妥当性検証が不可欠です。今回の例でも処理液のサンプリングなどにより検証が可能と考えられます。