数値流体力学効率的なスプレーシステムの設計
数値流体力学（CFD）は、エンジニアがより効率的なノズル技術を設計する方法を根本的に変えています。
力、圧力、距離がパイプ内を移動する液体の最終的な結果に影響を与える方法を指すCFDデータ解析は、高効率で複雑なスプレーシステムを構築するために必要な独自の洞察をもたらし、お客様のビジネスとアプリケーションに最適な選択肢を確実に提供することができます。

流体力学の詳細と、なぜそれがノズルの選択プロセスで重要なのかについて説明する
前に、以下のトピックについて深く掘り下げてみましょう。

数値流体力学とは？
ノズル設計にどのような影響を与えるのでしょうか？
レヒラーが140年以上にわたってノズルのトップメーカーであり続けるために、CFDを使ってどのようにノズルを作っているのでしょうか？
まずは読んでみてください。

What is Computational Fluid Dynamics?
数値流体力学とは？
「数値流体力学とは、流体運動を支配する保存則（質量、運動量、エネルギーの保存則）に基づき、デジタルコンピュータを用いて流体現象を定量的に予測する科学である。

平たく言えば、直管に流体を送り込むのに必要な力、圧力、距離が極めて正確に計算できるということである。
しかし、従来の直管式以上の設計が必要な場合はどうなるのでしょうか。
蒸気や高温の気体を何本ものパイプに通す場合、流体力学は応用できるのだろうか？

また、配管のサイズや流体が目的地に到着するまでの移動距離の問題もあります。
このような計算には、流体や流体類似物質が異なるシステム内をどのように流れるかを発見するための特別なソフトウェアが必要です。

CFDソフトウェアについて
CFD ソフトウェアによる解析では、流体の流れが、速度、圧力、温度、密度、粘度などの流体の物理的特性と関連して検討されます。
“流体の流れに関連する物理現象に対して正確な解を仮想的に生成するためには、それらの特性を同時に考慮する必要があります”。

数値流体力学の活用のメリット
前述したように、直線的な配管のような単純な計算であれば、流れの過程や計算は比較的簡単に行えるでしょう。
しかし、スプレーシステムの設計で少しでも湾曲が必要な場合は、計算流体力学ソフトが必要になる可能性が高いです。
曲がったパイプ、角度のあるパイプ、上昇流のパイプなどは、計算流体力学が必要な状況です。

私たちは、スプレーシステムの設計において、最小限のリソースで最大限の効率を生み出すことを目標としています。
そのために、ノズルの選択、液体の分配、水滴の大きさ、ポンプ、コンプレッサー、流入、流出などの制御を充実させることができます。
この技術（CFDによって実現）は、スプレーシステム開発の運転席にお客様を座らせ、効率を確保することでバックエンドの時間とコストを削減します。

計算流体力学を活用することで得られるその他のメリット。
– スプレーシステム最適化の可能性を最前列で確認することができます。
– 個々の対策の評価を仮想的に見ることができます。
– このようなリスクフリーの仮想テストを利用することができます。
– 設計プロセスの迅速化により、時間、エネルギー、コストを節約できます。
– 明確な償却分析を受けることができます。

CFDはノズル設計にどのような影響を与えるのか？
CFD の概念は新しいものではなく、その起源を空気力学やレースカーの研究に求める歴史家もいます。
1981年以来、計算流体力学はスプレーノズル業界において、CFDアプリケーションと流体流れプロジェクトとの直接的な相関関係から、必要不可欠なものとなってきました。
例えば、レヒラーでは、CFDを利用して、資源の使用を最小限に抑えながら、スプレーシステムの効率を最大限に高めることに成功しています。
性能に関するデータを得ることで、システムのエネルギー消費量、必要なノズルの数、使用する原材料の量を減らしつつ、システムが高い効果を発揮するために十分なパワーを維持することができます。

レヒラーが数値流体力学で行うこと：
CFDの定義とその使用方法を簡単に説明したところで、なぜCFDがスプレーシステムの選定に重要なのかを説明します。
レヒラーでは、スプレーシステムの設計に影響を与えるために、3つの方法で数値流体力学を使用しています。

流れ場 (Flow field):　計算流体力学を用いて、配管や継手の中を1つまたは複数の流体が流れる場合の流れ場と圧力を計算します。
スプレーの伝搬  計算流体力学を用いて、考えられるあらゆる条件下でのスプレーの伝搬、質量、熱、ガス移動の監視と評価を行います。
ノズル配置 ノズルの配置や流れの計算・創出をCFDで行います。
これにより、スプレーパターンの効果や効率、水の分布の仕方、液滴の大きさや落ち方、場所などの独自の特徴を予測します[4]。
これらのデータを組み合わせることで、Lecherの創造と開発の可能性は無限に広がります。
私たちのサービスは、お客様のビジネスやニーズに合わせてカスタマイズされたノズル構造やスプレーシステムを作ることを可能にします。
数値流体力学の手法を用いて、持続可能で生産性の高いスプレーシステムを実現します。
お客様のニーズがどのようなものであれ、私たちはお客様の優先順位に対応する準備ができており、経験も豊富です。

ノズルとスプレーシュミレーション
レヒラーは140年にわたり、優れたスプレーシステム用洗浄液を製造してきました。

数値流体力学の活用事例を、流体力学パンフレットでご紹介しています。
ここでは、ユニークなノズルの数々や、水の分布と投射の速度を示すために、数値流体力学ソフトウェアがどのようにカラフルな図を作成したかが紹介されています。

ラバルのノズル:
このシミュレーションは、この技術の有効性を明確に示しています。
「レヒラーのラバルノズルは、内部にミキシングチャンバーを持つ二流体ノズルで、さまざまなアプリケーションに使用することができます。
通常、水は圧縮空気によってミキシングチャンバー内であらかじめ微粒化されます。
その後、ノズルの中でさらに大幅な後置霧化が行われます」。

提供された図には、最初のチャンバーに入る流体の速度が速いことがはっきりと示されています。
その流体は、下側のチャンバーに放出されるまで乱流混合状態であり、その時点で流体の分散が変化し、減少し、より系統的に落下することがわかります。

プロセスガス処理用洗浄塔:
排煙脱硫は、最もよく知られた「ガス洗浄」プロセスの1つです。
そのほかにも、脱硝や粒子を含んだガス流の洗浄など、数え切れないほどの洗浄原理があります。
スプレーノズルを使用することで、ガス処理は最短経路や最小限のスペースで可能な限り効率的に行われ、同時にあらゆる負荷のケースに対応できる十分な柔軟性を備えていることが必要です。
この場合、フローシミュレーションは3つの重要な要素を決定するのに役立ちます。
(1) ノズルの選択
(2) ノズルの配置
(3) 作動点
お客様のご要望を考慮し、各プロセスに最適な洗浄機構成を決定します。
ほとんどの洗浄機では、下流側の液滴除去装置が必須です。
ここでもフローシミュレーションがカスタム設計に役立ちます」。

SCALEMASTERⓇ Descaling Nozzle:
スケーラブルノズル：
計算流体力学がどのように指針や展望を生み出すかを知るのに役立つもう一つの
シミュレーションが、スケーリングノズルSCALEMASTERⓇのシミュレーションです。
レヒラー社のスケーリングノズル「SCALEMASTERⓇ」は、圧延前の熱間鋼材を
スケール除去するための高圧フラットスプレーノズルです。水はフィルターとスチール製
ファンネルを通過した後、最終的に極めて的を絞った無噴霧で供給されます」。
計算流体力学ソフトウェアが作成した図が、このノズルの効率の良さを実証している
のです。 このノズルは、Lavalとは異なり、強力で直接的なスプレーを作り出します。

蒸発クーラーの全体最適化：
計算流体力学の最も優れた例の1つは、レヒラーUSAの蒸発式クーラーの
全体最適化のグラフィックでしょう。「環境要件の増加や負荷の変化により、
蒸発冷却器はしばしば当初の設計からかけ離れた状態で運転されることがあります。
その結果、非効率的な運転、床や壁の濡れ、全体的な構造解析に影響を与える
ような大量の固化が発生することがよくあります。

プロセス全体のフローシミュレーションを行うことで、最適化の可能性を見出し、
適切なステップを開始することができます。ここでは、高温の排ガスの流入から、
蒸発冷却を含むスプレー噴射を経て、低温で湿った排ガスの流出まで、
すべての物理的効果をシミュレートしています。得られた主な結果は、冷却器全体の
圧力損失とスプレーの軌跡です」。

蒸発冷却器の全体最適化は、消費者にどのような利益をもたらすのでしょうか？
このプロセスは、安全な操業のために壁や床を乾燥させ、エネルギー消費を削減し、
圧縮空気や高圧水などの消耗品をより効率的に使用することでコスト削減を
実現します。

この4つは、レヒラー社が個々の用途や目的に応じて提供している数十種類の
ユニークなノズルのほんの一例に過ぎません。お客様それぞれのニーズに合わせて、
最適なスプレーシステム、ノズルをご提案、設計させていただきます。

数値流体力学についてもっと知りたいですか？
レヒラー社は、ノズルの製造、生産、流体分配の最適化におけるリーダーです。
140年近くにわたり、革新的な技術で困難な仕事をこなしてきた経験から「完璧を約束するのではなく、それを期待する」のです。
私たちは、革新的な技術、研究、スタッフ、開発に大きな誇りを持っており、数値流体力学の活用も例外ではありません。

お客様のビジネスとアプリケーションに最適なスプレーシステムを選ぶなら、
レヒラーの右に出るものはありません。流体の流れや乱流など、非常に複雑な
スプレーシステムを構築するための専門知識とラボで検証された進歩により、
スプレーシステムに関するあらゆる質問に最適な回答が得られることをお約束します。