流動 解析 書籍
 
No.2003
化学プロセスのスケールアップ、連続化
押出成形の条件設定とトラブル対策

◎ 解析結果をどのようにプロセスや設計に落とし込むのか?
◎ 精度の高い解析結果を得るために!
    “ソフトの選び方”から“モデルの作り方”“条件設定”まで詳説します!

流体・流動解析 事例集

- 高分子成形加工、塗料・コーティング、化粧品・食品など-

発刊予定 : 2019年9月末  体 裁 : A4判 約400頁   定 価:80,000円(税抜)  ISBN:978-4-86104-758-9


 
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■ 執筆者(敬称略) 

大阪大学 高木 洋平 (有)エデュース 佐伯 準一
(株)セイロジャパン  吉井正樹 早稲田大学 山崎 義弘
サイバネットシステム 斉藤恵一 (株)東レエンジニアリング 山田 高光
白井コンサルティングオフィス 白井 達郎 大阪大学  山本剛宏
(株)JSOL 一ノ瀬規世 芝浦工業大学 小野 直樹
(株)東レリサーチセンター 遠藤 亮 筑波大学  松田 哲也
アンシス・ジャパン(株)  横山卓也 MPM数値解析センター(株) 安原賢
(株)資生堂  横川佳浩 法政大学  森 隆昌
アクスモールディング(株)  横田新一郎 九州大学  深井潤
島根大学 横田正幸 (株)明治  神谷哲
徳村雅弘 横浜国立大学 金沢工業大学 瀬戸 雅宏
東レエンジニアリング(株) 岡田 有司 名古屋大学 畝山多加志
同志社大学 下坂 厚子 京都工芸繊維大学  西川 幸宏
東北大学 加納 純也 大阪大学 倉敷 哲生
(株)セイロジャパン 後藤 昌人 立命館大学 大上 芳文
  佐藤 潤一 (株)プライムポリマー  大槻安彦
住友化学(株) 城本 征治 (株)HASL  谷藤眞一郎
凸版印刷(株)  吉田史志 鳥取大学 福井茂寿
藤田医科大学 鏡 裕行 (株)アールフロー  竹田宏
京都工芸繊維大学  金井俊孝 アイ・ティー・エス・ジャパン(株) 朝井雄太郎
日揮(株) 橋 公紀 日本工業大学 梅崎 栄作
       
       
       

■ 目  次

第1章 樹脂流動解析の活用術

第2章 撹拌・混合過程メカニズムと 流動解析技術と撹拌条件の最適化事例

第3章 粒子分散液の流動解析と粒子挙動の可視化技術

第4章 塗布工程の流動解析と塗布条件の最適化

第5章 押出成形における流動解析と条件最適化、不良対策活用事例

第6章 押出混機内の流動状態の把握と活用事例

第7章 射出成形加工における流動解析と不良対策

第8章 樹脂硬化過程における流動解析技術と活用事例


◇第1章 樹脂流動解析の活用術 ◇

第1節 非ニュートン流体の流動現象と解析技術
1.流体の考え方
 1.1 レオロジー特性
 1.2 非ニュートン性が考慮された流動解析技術
  1.2.1 支配方程式
  1.2.2 境界条件とそれに関連する問題

第2節 高分子材料の分子モデルによる 流動特性のシミュレーション
1.高分子材料の流動特性シミュレーション
2.からみあった高分子の分子シミュレーション
 2.1 からみあい
 2.2 分子動力学モデル
 2.3 スリップリンクモデル・スリップスプリングモデル
 2.4 その他の分子モデル,ブレンド系・共重合系
3.シミュレーション結果と実験値との対応
 3.1 シミュレーションモデル同士の整合性と パラメータの変換
 3.2 実験値との対応


第3節 流体解析・設計における不確かさの 定量的評価

 

 

◇第2章 撹拌・混合過程メカニズムと 流動解析技術と撹拌条件の最適化事例◇

第1節 温度、濃度勾配が引き起こす 対流現象と流体解析
1. 緒言
2. 気液界面効果の理論的扱い
3. 基礎実験の事例紹介
 3.1 液滴に生じるマランゴニ対流
 3.2 気泡周りに生じるマランゴニ対流
4.まとめ

第2節 撹拌・混合プロセスにおける 流動解析とその応用
1.撹拌・混合プロセスにおける移動現象
2.流体解析オープンソースソフトウェアOpenFOAM
3.回転領域計算と移動格子法
4.撹拌槽内流動解析の応用事例
5.課題と今後の展望

第3節 撹拌現象シミュレーション事例と GPUによる高速化率
1.粒子法とGPUコンピューティング
 1.1 粒子法
 1.2 GPUコンピューティング
2.撹拌現象シミュレーション事例とGPUによる 高速化率
 2.1 二軸スクリュー押し出し解析
 2.2 高粘性複数流体撹拌解析
 2.3 渦撹拌解析
 2.4 GPUによる高速化率

第4節 流体・ビーズ挙動シミュレーションによる 分散プロセスの設計
1.シミュレーション方法
2.凝集体の解砕に働くパワー算出
 2.1 凝集体の分散挙動とミル内パワーの関係
 2.2 分散プロセスの最適設計

第5節 流れに起因する撹拌時の振動現象
1. 撹拌装置に発生する振動現象
 1.1 流れに起因する振動の原因
 1.2 物体の固有振動数
2. 小型撹拌装置の振動解析
 2.1 実験による振動解析
 2.2 CFDによる振動解析
 2.2.1乱流モデルLES
 2.2.2乱流モデルRANS
3. CFDによる大型撹拌装置の振動解析

第6節 商用ソフトを用いた 公自転方式撹拌脱泡装置の流体運動解析法
1. 撹拌装置に発生する振動現象
 1.1 流れに起因する振動の原因
 1.2 物体の固有振動数
2. 小型撹拌装置の振動解析
 2.1 実験による振動解析
 2.2 CFDによる振動解析
  2.2.1 乱流モデルLES
  2.2.2 乱流モデルRANS
3. CFDによる大型撹拌装置の振動解析

第7節 乳化現象に関する流体シミュレーション
1.撹拌混合に対する流体解析の適用
 1.1 MPS法の特徴
2.撹拌が流体に与えるせん断力の評価
 2.1 ホモミキサーの最大せん断力分布
 2.2 ディスパー翼の最大せん断力分布
3.粘度変化を伴う乳化現象の解析
 3.1 領域指定による粘度変化プログラム

第8節 CAEを用いた乳化・分散・撹拌装置の 性能評価とスケールアップ事例

 
 

◇第3章 粒子分散液の流動解析と粒子挙動の可視化技術◇
第1節 スラリー・ペーストの流動性解析
1.はじめに
2.見かけ粘度の測定
3.流動曲線による評価

第2節 高分子水溶液中のナノ粒子の運動解析
1.はじめに
2.粒子径変化と粉砕速度定数
3.コンピュータシミュレーション
4.粉砕速度定数KPと衝突エネルギーEWの相関と
粒子径変化の予測
5.粉砕機構造の最適化〜ロータ形状の影響

第3節 微粒子分散液の流動シミュレーション
1.内部流動の可視化
 1.1 実験結果例
 1.2 レイリー対流とマランゴニー対流
2.数値解析
 2.1 室温中における液滴
 2.2 加熱平板上における液滴
3.おわりに

第4節 液体超薄膜の安定性・流動性解析
1.液体超薄膜を記述する方程式(長波方程式)
2.気液界面の表面自由エネルギーGと分離圧P
3.線形解析手法による極性液体表面の安定性解析
4.極性を有する液体超薄膜の流動特性解析
5.段差形状からの液膜流動解析(極性の影響によるテラス形状の形

 

◇第4章 塗布工程の流動解析と塗布条件の最適化 ◇

第1節 高粘度溶液からの結晶成長における溶液の安定性と流動性
1.はじめに
2.薄膜溶液からの結晶成長
 2.1 実験方法
  2.1.1 試料の準備・環境条件
  2.1.2 観察方法・解析方法
 2.2 結晶成長の観察結果
  2.2.1 相図
  2.2.2 領域A・Bでの成長
  2.2.3 領域Cでの成長
  2.2.4 領域Dでの成長
3.結晶成長時に生じる薄膜溶液の流動
 3.1 結晶成長に伴う薄膜流動の観察
  3.1.1 領域Bでの溶液流動
  3.1.2 領域Cでの溶液流動
 3.2 薄膜流動と結晶成長との関係
  3.2.1 結晶ドメイン成長のメカニズム
  3.2.2 自己相似的成長
4.さいごに

第2節 複雑流体の内部構造と流動解析
1.複雑流体の流体内部構造数値シミュレーション手法
 1.1 粗視化分子動力学法
 1.2 ブラウン動力学法
 1.3 MPCD法
2. マクロ流動解析と流体内部構造シミュレーションの
  カップリング

第3節 コーティングプロセスにおける熱流体解析の適用事例
1.製品概要
 1.1 ANSYS Workbench
 1.2 ANSYS SpaceClaim Direct Modeler
 1.3 メッシュ作成:ANSYS Meshing
 1.4 熱流体解析ソフト:ANSYS Fluent
 1.5 熱流体解析ソフト:ANSYS Polyflow
 1.6 構造解析ソフト:ANSYS Mechanical
 1.7 システムシミュレーション:ANSYS Twin Builder
2.塗工設備概要と解析適用領域

3.攪拌解析事例
 3.1 最適化事例
 3.2 システムシミュレーション事例
4.ポンプ解析事例
5.コーター解析事例
 5.1 ロールコーター解析事例
  5.1.1 解析概要
  5.1.2 解析形状およびメッシュ
  5.1.3 物性値および解析条件
  5.1.4 解析結果
 5.3 ダイコーター解析事例
  5.3.1 3層Tダイ流体.構造連成解析事例
  5.3.2 連成解析とシステムカップリング
  5.3.3 解析概要
  5.3.4 解析形状およびメッシュ
  5.3.5 解析条件
  5.3.6 解析結果
 5.4 3次元間欠コーティング解析事例
  5.4.1 解析に使用したモデルおよびメッシュ
  5.4.2 解析条件
  5.4.3 解析結果
 5.5 ウェブテンション式ダイコーター解析事例
  5.5.1 解析に使用したメッシュ
  5.5.2 解析条件
  5.5.3 解析結果
 5.6 ピエゾ式インクジェットプリンター解析事例
  5.6.1 解析概要
  5.6.2 解析に使用したモデル形状とメッシュ
  5.6.3 物性値および解析条件
  5.6.4 解析結果
 5.7 ドライヤー解析事例
  5.7.1 乾燥解析事例
  5.7.2 流体‐構造連成解析事例(FSI)

第4節 ダイコーティングの流動解析と塗布最適設計
1.ダイコーティングにおける流動解析の意義
2.ダイ内流動3次元解析によるダイ設計
 2.1 解析モデル
 2.2 材料物性モデルと測定
3.塗布ビード解析による塗布条件決定
 3.1 解析モデル
 3.2 材料物性値
4.液滴乾燥解析による平坦化条件決定
 4.1 解析モデル
 4.1 材料物性測定
5.補足
 5.1 ダイコーティング流動解析研究に関する動向
 5.2 ダイコーティング流動解析に関する
    当社の今後の課題,計算技術,
        ソフトウエアベンダへの期待・要望(等)

第5節 ダイコーティングの流動解析と塗布最適設計
1.塗布流動解析の目的
 1.1 実験による塗布ビード観察の難しさ
 1.2 塗布ビード解析で得られる情報
 1.3 塗布流動解析による科学的・効率的な最適設計
2.塗布流動解析方法の現状
 2.1 塗布解析の分類
 2.2 自由表面計算手法の種類
 2.3 市販解析ソフトの種類
 2.4 解析ハード(コンピュータ)
 2.5 解析仕様の決定
 2.6 解析メッシュ生成
 2.7 境界条件・計算パラメータ等の設定
 2.8 解析結果の評価
 2.9 現実と解析結果の比較・反映
3.スロット塗布解析事例の紹介
 3.1 3次元解析によるCoating Window
 3.2 2次元詳細解析による空気同伴臨界速度
4.今後の展望
 4.1 空気同伴の基礎研究
 4.2 構造連成解析
 4.3 粒子挙動連成解析
5.塗布流動解析に関する情報交換
 5.1 塗布流動解析に関する研究グループの紹介

第6節 塗布膜乾燥メカニズムとシミュレーション技術
1. 基板上に塗布された溶液膜の乾燥の物理
 1.1 乾燥が進行する原理
 1.2 減圧乾燥時の塗布液膜の乾燥の物理
2. 平坦な基板上に塗布された溶液膜減圧乾燥プロセスの数理モデル化の実際
 2.1 モデル方程式の導出
 2.2 モデルの数値シミュレーション結果と考察
 2.3 乾燥プロセス中の乾燥条件の制御

第7節 蒸発液滴の内部流動の可視化と数値シミュレーション


第8節 塗布膜乾燥のシミュレーションと最適化
1.塗膜乾燥シミュレーションの種類
 2.1 最適化の手段
 2.2 各最適化手段の有効性の確認
  2.2.1 乾燥ガスの高温化
  2.2.2 乾燥ガスの風速アップ(境膜係数アップ)
  2.2.3 乾燥ガス中の溶剤濃度コントロール
  2.2.4 多段乾燥
  2.2.5 その他関連情報
2.最適化の検討
3.目的毎の最適化手法
 3.1 生産性向上
 3.2 気泡生成の限界追及
 3.3 不純物、残留不適切成分の除去
 3.4 ポリマーと溶剤の相分離の防止

第9節 乾燥の分布の可視化と乾燥時間の定量的評価
1. はじめに
2.ディジタルホログラフィーで得られる
再生像を用いた塗料乾燥の評価
3.塗膜の乾燥評価実験
4.乾燥過程の可視化
 4.1 水性銀色塗料の乾燥評価
 4.2 水性クリア塗料の乾燥評価
5. まとめ

第10節 乾燥現象のシミュレーションとその装置設計
1.はじめに
2.解説・解答
3.境膜伝熱係数の推算
4.混合溶剤を使用した塗膜の乾燥のシミュレーション

 

◇第5章 押出成形における流動解析と条件最適化、不良対策活用事例◇

第1節 Tダイの先端的数値解析技術
1.Tダイマニフォールド流路最適形状の基礎解析理論
2.Tダイ用熱流動解析技術の理論背景
3.Tダイのモデリング技術
4.Tダイ解析事例 
5.まとめ

第2節 Tダイ設計のための流動解析
1.池貝のTダイ設計製作のための工程
2.Tダイ設計のための流動解析(池貝自社流動解析
3.Tダイの2.5D流動解析
(HASL社viscfit&polybank、FLATCAD
4.Tダイマニホールドの3次元流動解析
(ASTOM社ASU/MOLD.Die

第3節 フィルム成形工程の非定常粘弾性流動解析
1. 成形加工工程における「伸び易さ(難さ)」の解析
 1.1 発泡成形における気泡間の延伸の解析
 1.2 歪硬化性の影響
 1.3 緩和特性の影響
 1.4 溶融張力の測定プロセスの解析
 1.5 冷却,結晶化の影響
 1.6 フィルムキャスティングの解析

第4節 フィルム延伸工程の粘弾性流動計算
1.はじめに
2. Tダイキャスト法
3.二軸延伸成形
 1) 二軸延伸の成形挙動
 2) 二軸延伸試験機による延伸性評価と材料設計

第5節 フィルムの延伸挙動の可視化解析
1.フィルム延伸シミュレーションの重要性
 1.1 フィルム原反の製造法
 1.2 延伸フィルムの製造法
2.位相差フィルムの延伸シミュレーション
 2.1 有限要素法によるシミュレーション
 2.1 シミュレーションによる分子配向の解析

 

◇第6章 押出混機内の流動状態の把握と活用事例 ◇

第1節 押出機内の樹脂流動解析を 利用した混合・混練評価
1.はじめに
2.従来の流速測定技法
3.3次元流可視化システム「RVIEW」の概要
3.カメラ校正
4.流速分布測定事例
5.おわりに

第2節 押出混練シミュレーション,樹脂挙動解析とスクリュ条件の求め方
1. セクション毎の役割と評価すべきパラメータ
 2.1 フィード部で考慮すべきこと
 2.2 フィード部で評価すべき解析パラメータ
 2.3. 圧縮部で考慮すべきこと
 2.4 フィード部で評価すべき解析パラメータ
 2.5 圧縮部にバリアフライトを設ける場合
 2.6 バリア部で評価すべき解析パラメータ
 2.7 計量部で考慮すべきこと
 2.8 計量部で評価すべき解析パラメータ
 2.9 適切なせん断応力を得るために出来る事
 2.10 ミキサーの要否と選択

第3節 可視化加熱シリンダによる混練中の 強化繊維折損挙動の可視化解析
1. ダイ内の流動解析
 1.1 層比不良現象
 1.2 界面不良現象
 1.3 界面滑り現象
2. ダイ外の流動解析
 2.1 層比不良現象の影響

第4節 二軸スクリュ押出機内成形現象の 可視化と解析事例
1.二軸スクリュ押出機用数値解析技術の現状
2.二軸スクリュ押出機のモデリング技術
3.二軸スクリュ押出機内成形現象の定量化法
4.新規解析技術の適応例
5.まとめ

 

◇第7章 射出成形加工における流動解析と不良対策◇

第1節 溶融樹脂流れの可視化による収縮・反り解析
1. 多層共押出成形における不良現象予測
 1.1 異種材料の多層流れにおける包み込み現象
 1.2 樹脂合流部での渦の発生
 1.3 多層押出での不安定現象
2. 多層共押出成形解析に必要な要素技術
 2.1 多層界面位置の決定
 2.2 3次元多層共押出解析
 2.3 壁面での樹脂のすべり

第2節 射出成形金型のシミュレーションの適用
1.射出成形用金型への適用
2.トポロジー最適化による金型形状の検討
3.造形品の収縮・そり変形、強度

第3節 セルロースナノフィラー材の発泡成形シミュレーション
1.CAEの歴史
2.発泡の理論と支配方程式
3.セルロースナノフィラー(CNF)入りPA6材料物性
4.セルロースナノフィラー(CNF)入りPA6での発泡解析
5.気泡径・気泡密度実測定
6.まとめ

第4節 X線CTを用いた繊維高分子複合材料の繊維配向の解析
1.X線CT測定
2.三次元画像解析による配向解析
3.配向解析の応用例

第5節 CFRPの成形流動解析
1.CFRPの成形解析
 1.1 射出成形解析
 1.2 RTM成形
  1.2.1 プリフォーム工程解析
  1.2.2 含侵工程解析
2.CFRPの衝撃・構造解析
 2.1 材料特性予測 
 2.2 射出成形工程を考慮した衝撃・構造解析
  2.2.1 射出成形解析と構造解析の連携方法
  2.2.2 繊維配向分布を考慮した衝撃解析
  2.2.3 繊維長・繊維配向分布を考慮した構造解析
 2.3 積層構造を考慮した衝撃解析

第6節 強化繊維のモデル化と樹脂プレス成形の解析
1.背景
 1.1 軽量化ニーズ動向
 1.2 繊維強化複合材料の成形の分類
 1.3 繊維強化複合材料の成形および設計の課題
2.樹脂流動と強化繊維の配向シミュレーション
 2.1 射出成形CAEにおける繊維配向解析
 2.2 長繊維への対応課題
 2.3 過去の直接解析手法の例
 2.4 繊維の動的挙動シミュレーション(DFS)解析手法
 2.5 射出成形への適用例および精度検証
3.BMC/SMC成形の解析
 3.1 樹脂物性モデル
 3.2 基材変形シミュレーション
 3.3 プレス流動シミュレーション
 3.4 大型成形品への適用
 3.5 DFS解析の例
 3.5 理論解比較
 3.6 DFSからの成形品物性予測


第7節 連続繊維複合材料の成形プロセスシミュレーション
1. PAM.COMPOSITESの特徴
1. PAM.FORM:賦形、熱プレス
2. PAM.FORMによる賦形・熱プレス成形解析
2. PAM.RTM:樹脂含浸
3. PAM.DISTORTION:樹脂硬化、残留応力、ソリ 
3. PAM.RTMによる樹脂含浸解析
4. 賦形解析から含浸解析へのリンク
5. PAM.DISTORTIONによる硬化、残留応力、ソリ解析
6. 硬化解析からソリ解析へのリンク

第8節 強化複合材料における繊維、樹脂の流動性評価
1.繊維強化複合材料
2.繊維・樹脂流動に関する既往の研究
3.MPS法について
4.1 解析モデル
4.2 解析結果
4.粒子法による繊維束内部の樹脂流動評価
5.1 解析モデル
5.2 解析結果
5.樹脂の粘度変化を考慮した流動解析
6.粒子法による短繊維及び樹脂流動性の評価


◇第8章 樹脂硬化過程における流動解析技術と活用事例◇

第1節 熱硬化性樹脂の3次元流動解析

第2節 熱硬化性樹脂の3次元流動解析
1.熱硬化性樹脂の物性値の変化
2.流動解析手法の概要
3.1 反応速度モデル
3.2 粘度式モデル
3.熱硬化性樹脂用モデル式の概要
4.解析例

第3節 パワーデバイスパッケージの熱流体解析と過渡熱測定
1.電子材料の熱伝導率測定
 1.1 測定に際して注意すべき点
 1.2 測定方法
 1.3 測定事例
  1.3.1 熱物性値の温度依存性
  1.3.2 異方性
  1.3.3 薄膜の熱伝導率
  1.3.4 接合層の熱伝導率
2.半導体デバイスの熱抵抗測定
 2.1 過渡熱測定の概要
 2.2 熱抵抗と熱容量
 2.3 構造関数
 2.4 測定手順
 2.5 熱抵抗の測定例

第4節 紫外線硬化樹脂の硬化過程における熱・流動解析
1.実験方法
2.実験結果および考察

第5節 熱弾粘塑性ツースケール解析手法に基づくCFRP積層板の熱応力・熱変形解析
1.熱弾粘塑性ツースケール解析手法
 1.1 問題設定
 1.2 マクロ境界値問題
 1.3 ミクロ境界値問題
2.CFRP積層板の熱残留応力・熱変形解析
 2.1 解析条件
 2.2 解析結果
3.L字型一方向CFRP積層板のスプリングイン解析
 3.1 解析条件
 3.2 解析結果

流動 流体 解析