[論文レビュー] The effect of discontinuous injection on particle back-flow in pneumatic conveying systems

Otome Obukohwo, Andrew Sowinski+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2026

Granular flow and fluidized beds被引用数 0

ひとこと要約

論文は、正方形ダクト内のCFD-DEMシミュレーションを用いて、離散的な粒子注入頻度が上流粒子のバックフローにどのように影響するかを研究します。

ABSTRACT

Pneumatic conveying is used in many process industries to transport dry, granular, and powdered solids. The triboelectrification of particles during conveying causes particle agglomeration, spark discharges, and disruptions in particle flow, making particles move upstream against the fluid flow. The effect of frequency of particle injection on particle backflow is studied using CFD-DEM simulations. Conveying flow in a square-shaped duct with fluid frictional Reynold's number equal to 180, particle Stokes number equal to 8, and individual particle charge equal to 504 fC, is simulated with different particle injection frequencies. The proportion of particles moving upstream is found to increase as the delay period between injections increases, and the effect of the length of the injection period is minimal. Further, particles moving upstream are situated in low-drag zones at the corners of the duct where the electrostatic force dominates. In conclusion, the delay period between discontinuous injections plays a major role in particle backflow. The findings of the article are important for industrial processes with discontinuous injection of particles with a risk of particle accumulation within the conveying boundary.

研究の動機と目的

• pneumatic conveying 系の帯電現象とバックフロー問題の理解を促進する。
• 注入頻度と遅延が上流へ移動する粒子の割合にどのように影響するかを定量化する。
• 上流粒子が好んで存在する空間的ゾーンを特定する。
• 離散的粒子注入を伴う産業プロセスへの影響を評価する。

提案手法

• 平方形ダクト内の気送運搬のCFD-DEMシミュレーション。
• 流体の摩擦レイノルズ数 Re を 180 に設定。
• 粒子のストーク数 St を 8、粒子電荷 q を 504 fC に設定。
• 粒子注入頻度を変化させ、上流粒子の割合を測定。
• 空間分布を解析して、電気力が支配的な低抗力ゾーン（コーナー）を特定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 離散注入の遅延が上流へ移動する粒子の割合にどのように影響するか？
• RQ2 注入期間の長さはバックフローに大きな影響を与えるか？
• RQ3 ダクト内のどの位置で上流粒子が優先的に存在するのか、そしてその理由は？
• RQ4 バックフローを引き起こす際、静電気力は流体抵抗に対してどのような役割を果たすのか？

主な発見

• 注入間隔が大きくなるにつれて、上流へ移動する粒子の割合が増加する。
• 注入期間の長さはバックフローに最小限の影響しか与えない。
• 上流へ移動する粒子は、静電力が支配的な低抵抗コーナー zone にクラスタリングする。