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Asahi Glass Co., Ltd Nippon Sheet Glass HOYA Glass Nippon Electric Glass

(H29.11.08.)

[溶融シミュレーション研究会]

 ガラス企業の中核設備であるガラス溶融炉のシミュレーション技術は、炉の開発・設計、運転の最適化等においてますます重要性が高まっていますが、多くのガラス企業にとって、炉のシミュレーションは高価なソフトウェアに頼らざるを得ず、技術者もまだ少ないのが現状です。そこで、NEDO先導研究(注1)の一成果物であるガラス溶融シミュレーションプログラムGICFLOW(注2)を公開・活用し、技術者らが相互に研鑽を積むことにより、我が国のガラス溶融シミュレーション技術の普及・高度化とともに技術者のポテンシャル向上を図ることを目標に、「溶融シミュレーション研修会」を平成20年度よりスタートしました。
 平成26年度までの活動によりGICFLOWの基本的な内容とその取り扱いを目的とした研修は一通り終了したとの認識から、教育目的の「研修会」は休止し、平成27年度より「溶融シミュレーション研究会」と改称し活動を行っています。
 平成29年度からは、ガラス業界で溶融炉のシミュレーションに携わっている技術者の技術深化の場、意見交換の場とすべく従来の溶融シミュレーションコードGICFLOWを使用していない方も気軽に参加できる研究会を開催(
年間3回)します。

注1: NEDO技術開発機構委託「エネルギー使用合理化技術戦略的開発/
     エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発/
     直接ガラス化による革新的省エネルギーガラス溶解技術の研究開発」プロジェクト
     (平成17年度〜平成18年度)
注2: GICFLOW:Glass Intelligent Code/ Glass Flow Simulator


第8回研究会のお知らせ

<受付終了しました!>


日 時  平成29年11月 9日(木) 13:00 〜 18:30 
                                (受付開始: 12:30 〜,技術交流会:17:00 〜)
                      

場 所  ニューガラスフォーラム  地下会議室
      東京都新宿区百人町3-21-16 日本ガラス工業センター  地図はここです。
      TEL:03-6279-2605
    

プログラム

13:00〜13:05 
開会の挨拶  佐藤  勲 主査 (東京工業大学 教授)

<討論の部>
            13:05から860分間とするが、個別テーマや所要時間は討議内容により変ることがあります。

13:05〜13:45 (30分+質疑応答10分)
1.操炉データの機密化と統計学的解析」
話題提供:加藤 駿佑 (日本山村硝子(株) 東京工場)

要旨溶解炉の安定的な操炉は、ガラス品質・省エネ等の観点において非常に重要である。しかし、溶解炉の操炉は変動要因が多いため、良好な操炉状態の維持や再現は容易ではない。これらの課題には実炉データを用いた有識者間の議論が有効であるが、実炉データの提供や開示には障害が多い。今回、燃料使用量・温度などのデータを0〜1の数値に規格化し、クラスター分析を行うことで実炉データを機密化したまま解析・議論できる手法を考えた。この手法について妥当性の評価と、今後の操炉再現性検証への活用方法について討論を行う。

13:45〜14:25 (30分+質疑応答10分)
2.オープンデルタ結線の数値解析モデル Part.2」
話題提供:田嶋 雄次 ((有)イーエヌオー数理解析リサーチ)

要旨特定の電極間の電位差だけを元にしたモデルを構築した。オープンデルタ結線では3対(電極6本)の電位差が120°の位相差を持つ。今回それらのモデル化を実装しテスト計算を行ったので、その結果を動画などにより紹介する。


<講演の部>

14:25〜15:35 (60分+質疑応答10分)
3.溶融ガラスの数学モデルの進化」
話題提供:織田 健嗣(ガラス技術研究所 〔旭硝子(株)OB〕)

要旨:
従来の数学モデルで熔融ガラスは、均質な流体の熱対流としてモデル化されてきた。しかしその
計算結果は、実窯の熱対流と十分に比較されることなく、信頼性、有効性や有用性に疑問を持たれて
きた。そこで熱対流の評価方法を提案し、ガラスの熔解過程を考慮して、製品の光学・伝熱特性に支
配的な影響をもたらす鉄の酸化還元反応、清澄に寄与する硫酸塩の熱分解反応のモデル、及びガラス
品質を左右する泡数密度分布モデルを説明する



15:35〜15:45        −− 休  憩 ( 10分 ) −−


15:45〜16:55 (60分+質疑応答10分)
4.ガラス窯での酸素燃焼シミュレーション技術活用例の紹介」
話題提供:木村 誓史(日本エア・リキード(株) 工業事業本部 素材産業部)

要旨:
NOx排出量の規制と共に高性能酸素バーナ開発要望が高まり、90年代にAir Liquideが第1世代の低Nox酸素バーナーを送り出して以来、現在では世界中のガラス溶解炉でAir Liquideの酸素バーナーが使用され、近年は酸素予熱技術も確立した。Air Liquideでは酸素バーナーを効果的に使用して頂くために、ガラス窯の溶融シミュレーションサポートを行い、最適なバーナー配置・燃料分配の検討、安全性評価の事前検討に役立ている。

16:55〜17:00
5.事務局よりお知らせ


17:00〜18:30
6.技術交流会 (参加登録不要_参加費無料)

申込み締切日:11月 7日(火) 10時  受付終了しました!

以上

<注意事項>
  新大久保界隈では、日本的な交通ルールが順守されないことがあり、
  青信号で横断する場合には、信号無視の自転車に警戒して左右の安全を確認して渡って下さい。




1.研究会の運営方法

(1)組織

  主 査: 東京工業大学 理工学研究科 機械制御システム専攻 佐藤 勲 教授
 
  参加メンバー: 現在、GIC傘下の3SIMS会員企業、、1SIMS準会員企業および、1大学がメンバーとなっています。
            研究会登録者数は1団体当たり5名(SIMS賛助会員は3名)まで可能です。

  事務局: NGFが担当。エヌデーデー社(NDD)が事務局を補佐。

(2)参加費(含、ソフト利用料)
<平成28年度>
  SIMS会員   :年間利用料 785千円/団体(GICFLOW利用,研究会年間参加資格,幹事会メンバー)
 (初年度から3年間の参加費は、1,000千円/団体〔ソフト使用講習費込〕となります)
  SIMS準会員  :年間利用料 730千円/団体(GICFLOW利用のみ)
  SIMS賛助会員:年間参加費  50千円/団体(NGF会員企業研究会年間参加資格のみ/3名まで参加可能
  SIMS賛助会員:年間参加費  60千円/団体(NGF非会員企業研究会年間参加資格のみ/3名まで参加可能
  SIMS学術会員:年間参加費   1000円/研究室
(研究会年間契約を希望されない場合は、NGF会員企業:20千円/人回,NGF非会員企業:25千円/人回)

SIMS賛助会員申込(書式はここ)締切:一応、平成29年6月30日(金)としますが、年度中随時に加入可能です

(学官におけるソフトの利用に関しては、教育・研究に活用され産学官連携効果を生むと考えられるケースに限り、ソフトの利用(無償)を認めています。ただし、ソフト使用講習を受ける場合は費用が別途かかります。)

 注:SIMS:Simulation Study Meeting for Glass Melting

(3)運営方法
  1)研究会の開催・・・年間3回前後
  2)補講の実施 ・・・参加者の習得度に応じて別途補講を行う。
  3)研究会の内容
    ・GICFLOW最新版の提供
    ・GICFLOWを中心としたシミュレーション技術の習得
    ・GICFLOWの利用結果のフィードバック(ノルマは課しません)
    ・GICFLOWシミュレーション周辺技術の勉強(要望に応じ)

(4)発足と研究会開催日
    発足       :平成20年 4月1日
    第一回研修会 :平成20年 5月29日(木)
           ・・・・・・・・・・・・・・・
    第27回研修会:平成27年 3月12日(木)

    第 1回研究会:平成27年 6月29日(月)
    第 2回研究会:平成27年11月26日(木)
    第 3回研究会:平成28年 3月31日(木)
    第 4回研究会:平成28年 7月26日(火)
    第 5回研究会:平成28年12月 8日(木)
    第 6回研究会:平成29年 3月31日(金)
        講演:「ガラス・セラミックス製造工程におけるソフト技術の活用」
           話題提供:山村 真司 先生(AGCセラミックス(株))
    第 7回研究会:平成29年 7月27日(木)
        講演:「NuFD/FrontFlowRedの燃焼解析事例のご紹介」
           話題提供:西家 隆行 先生((株)数値フローデザイン)
       見学:「東京ガス 千住テクノステーションおよび気中溶融バーナー着火実演」

2.GICFLOWソフトの取り扱いについて

(1) 誓約書の交換
 GICFLOWの著作権保護と相互の機密保持のため、参加団体、NGFおよびNDD社の3者による機密保持の誓約書を締結します。

(2)ソースプログラムの開示
 参加メンバーが希望すれば、NGFが所有するGICFLOWのソースプログラムの開示を受けることが可能です。
 但し、参加メンバー内での使用を前提とし、発見したバグ等のNGFへの報告が義務付けられます。
 このプログラムをGICFLOW以外のプログラムに接続することが許されます。

<開示条件>
@3年以上の正会員在籍
A開示に関して秘密保持契約を締結する

(3)GICFLOW改良に関する意見集約
 研究会等の場での意見を踏まえて、NGFとNDD社は、必要に応じてソフトウェアの改良・修正を行います。
 ただし、改良規模はマンパワー僅少の場合は無償とし、それ以上の変更をおこなう場合には別途検討することとします。

(4)脱会
 参加メンバーの脱会は、いつでも可能です。しかし、当年度の年間利用料は返却いたしません。
 但し、ソースプログラムの開示を受けたメンバーは、合計3年間の参加が義務付けられます。

3.GICFLOW技術の現状と今後

 公開するGICFLOWは、熱流動モデル、電気加熱モデル、バブリングモデル、バッチ溶解モデル(エンドポート炉およびサイドポート炉)、泡層生成モデル、ガラス揮発モデル、燃焼モデル(気体燃料及び液体燃料)、対流・輻射伝熱モデル、気泡清澄モデル、均質度評価モデル、難溶解原料溶解モデル、熱精算モデルおよび入出力ツールから構成されています。炉壁侵食モデル、スターラーモデル、実時間シミュレーション、気中溶解モデルなどの公開も予定されています。
 GICFLOWの開発は、PDSC(Plan-Do-See-Correct)サイクルの第一巡目が終了し、使い勝手も大幅に改善されましたが、さらなる高度化を図って参ります。

溶融現象モデル 性能予測モデル



※受託解析サービス

GICFLOWを使用した受託解析サービスが用意されています。
この研究会の事務局補佐を担当している(株)エヌデーデーが受託解析の一連の作業を担当いたします。
詳細はこちら(受託解析サービス)をご覧ください。




− GICFLOWソフトの構成 −

グラフィカル・ユーザー・インターフェース
 GICFLOW-MATEというグラフィカル・ ユーザー・インターフェース(GUI)のもとに、 溶融シミュレーションプログラムが動きます



   対話型境界条件の設定
 解析用モデルは、3D-CADを用いて 作図し、stl形式のファイルを読み込みます

 画面と対話しながら、境界条件を 設定します

 電極の設定、バブリングの設定などは 画面上で入力できます


   計算メッシュの全自動、半自動生成

 燃焼解析には、Front Flow/red という公開汎用ソフト(4面体メッシュ系)を 利用しています


(注)「FrontFlow/red」は、文部科学省ITプログラム開発プロジェクトにより、 東京大学生産技術研究所を中心に、先端的なシミュレーション・ソフトウェアに 関するわが国の開発・保守体制を確立することを目的として開発された 次世代流体解析ソフトウェアです。


溶融ガラスの熱流動解析には、 ニューガラスフォーラムが独自に開発 したソフト(直交格子系)を用いています

2つのソフトウエアは、メッシュ系が 異なりますが、連成するプログラムで データの受け渡しが容易に行えます
 


   計算の進捗状況モニターおよび計算結果の可視化
計算の途中経過がモニターできます

モニターしたい項目と点をあらかじめ 任意に設定できます。

計算の途中で一時停止し、 条件を変えて計算を継続できます


ガラス溶融炉モデル
   燃焼(ガス/重油)モデル
 ガラス炉を加熱するための 燃焼解析を最初に行います

 燃焼解析では、燃焼室内の 温度分布、ガスの流れ、ガラス面に 与えるエネルギーを求めます


   ガラス融液の熱流動モデル および 電気加熱(単相/三相)モデル
 燃焼解析の結果を受けて、 ガラス融液の熱流動解析を行います

 ガラス融液の熱流動に影響する 電気加熱、バブリングのモデルを 組み込むことができます

 ガラス融液内の温度分布、 流速分布、電圧・電流分布などを 計算できます


   原料バッチ溶解モデル

   
 これまで難しいと云われていた バッチ溶解モデルと熱流動モデルを 連成させることができます

 図はバッチ山一個ごとの運動を シミュレーションしています。 バッチ山 の衝突も解くことができます

 バッチがガラス化して、ガラス 融液に溶け込む量が場所ごとに求め られます


ガラス品質モデル
   気泡清澄モデル
 GICFLOWには、気泡清澄モデルが 組み込まれています

 清澄剤の効果、燃焼雰囲気の影響を 考慮して、気泡が成長、収縮する現象を シミュレーションすることができます

 図は、気泡が成長して、ガラス表面 から抜けていく様子を示します




   均質化評価モデル
 ガラス炉の均質化は、ガラス融液の 熱対流、バブリング、スターラーによる 撹拌によって促進されます

 マーカー粒子を炉内に放ち、 フィーダーからの出現状況から これらの撹拌効果を総合的に予測します

 撹拌効果は、「混合拡散係数」という 一つの数値で表されます

混合拡散係数=1.25

   滞留時間分析モデル
    マーカー粒子の出現状況を 観測し、最小滞留時間を求めます

 マーカー粒子のたどる熱履歴 を追跡し、粒子の受けた熱の積分値 を求めます
炉の機能モデル
   スターラー撹拌モデル
 スターラーによるガラス融液の 撹拌効果を求めます

   耐火物侵食モデル
 耐火物の侵食状態を予測し、 耐用年数を求めます

 図は、5年使用したTV窯の スロートの侵食状況を示します

 スロートトンネルの大きさの 変化にともなう炉全体の熱流動の 変化も予測します


   熱精算モデル
     ガラス炉に対する入熱量と出熱量 を求めます

 ガラス炉の各部署からの放熱 分布を図化し、保温を強化すべき個所 を示します

 下図は、炉の表面温度分布 です   


高速計算ツール
   定常/非定常解析
   並列計算

  

   


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