2つの金属部品間にあるゴム類ガスケットの圧搾

自由表面流動は、家庭生活とオフィス環境の両方で使用される製品の設計および製造における共通課題です。例えば、ボトルの充填は大規模に毎日行われている工程です。生産速度を最大にしながら無駄を最小にする工程を設計することは、時間経過とともに著しいコストセービングに通じます。 FLOW-3D の自由表面機能はこのようなコスト削減を実現します。また FLOW-3D はスプレーノズルの設計や多孔質体の吸収特性など様々なコンシューマ製品のモデル化に使われています。

FLOW-3D 旋回式スプレーノズル解析例

旋回式スプレーノズルは化学洗浄、医療、燃料の領域では液滴を分散させるのに一般的に使用されています。適切に噴霧させるたにはノズル内にコーン状のガス領域を形成する必要があります。CFD技術は幾何形状や、回転速度、流体の物性などスプレーの条件を探るのに最適です。

ここで示す例は2次元軸対称による旋回式スプレーノズルの解析です。円錐状のガス領域がノズル内部にまで形成されているのが分かります。上図は圧力コンターと流速ベクトルを表しています。下図は流速コンターを表し、赤い領域で流速が速くなっていることが分かります。

スプレーコーンのスケールと液滴サイズは大きく異なるため、スプレーの噴霧そのものまでを解析することは困難です。また噴霧は外部環境やノズルなどのマイクロスケールでの乱れによるカオス的な要素と密接に関わりがあります。しかし、ノズルからのスプレーコーンの特性を予測できることはこのような流体装置の最適化で重要となっております。

ボトル充填実験と空気連衡モデルの比較 提供：Procter & Gamble Company.

材料コストを削減し、サイクルタイムを向上させるために、コンシューマ製品の企業は、空気巻き込み、飛散、スロッシングなどの多く自由表面問題に対処する必要がある。図は、数週間実行した実験画像と空気巻き込みレベルの比較を行っています。（プロトタイプボトルでの利用ができる）噴流の飛散や充填レベルの定性的な一致に優れており、シミュレーションがボトルデザイン設計で十分正確であることが立証された。

直径4cmのゴムボール

FLOW-3D 弾性応力モデルは、粘弾性樹脂材料の過渡応答をシミュレートすことができます。それらは、特定の降伏応力まで弾性固体として振舞い、超えると粘性流体として振舞う材料です。 弾性応力は、1ステップから徐々に計算され、それは大きな変形をシミュレートするのを簡単にします。

このコイルシミュレーションは、食品加工や製造工程の
元ではちみつ、コーンシロップ、歯磨、樹脂、または
高粘性流体の押出成形を表すことができました。

はちみつ、コーンシロップ、練り歯磨などの粘性流体は、一般的に固体の表面に接触するときコイルを形成する傾向を示します。この効果は興味深く、観察するのは面白いですが、それは製品の中に空気を巻き込み包装を難しくする原因となるため、包装過程では歓迎されません。

水洗トイレによる堰きタイプの流動シミュレーション

いったい、トイレはどのように動作していると思いますか。それらは実際にかなり複雑です。ハンドルが押されると水は、便器を一杯にします。便器内の水がトラップ（防臭弁）の上部より上昇した時、堰きタイプの流動が始まります。流れが十分速い時、泡は、サイフォンを作成しているトラップ上部にできます。その時点で、サイフォンは便器の水を抜いてトイレを流します。

多くの場所で、節水が重要な問題です。低流量のトイレは、家庭と商業利用のために必要です。しかし、もしトイレが最初の試みで勤めを果たさないならば、節水はできません。最適な結果を得るための様々なデザインをモデル化するのに FLOW-3D を使用することができます。

この混合タンクのシミュレーションは、回転
するブレードによって攪拌される２つの流体を表現します。一定
速度をインペラーに与えました。

電子化された測定値とシミュレーション技術の進歩により大部分の混合を理解するのにおいて多くの進展がありました。流体モデル技術の継続的な進歩によって混合装置の流れに依存する過程の詳細な洞察を簡単にシミュレートする事ができ、CFDソフトウェアを使用することで理解する事ができます。

今日、固体混濁液の混合、反応炉の熱伝達からの発酵などの広範囲の適用を FLOW-3D の混合技術を使用する事でモデル化できます。 FLOW-3D シミュレーションは、任意容器形状での混合やインペラーがどのような構成でも混合時間、循環、動力数などの主要混合パラメータを評価するのに役立ちます。これらのシミュレーションは実験を補完します。そのような装置の流れに依存した過程の予測や理解にCFDソフトウェアを使用することにより製品品質を高めて、費用と時間を減少させることができます。