サウスダコタ・スクールのグループは、ブロックケービング法による採鉱現場における換気システムで崩落した岩石の空隙がどのように作用するかを、SCRYU/Tetraを利用して解析した。形状が異なるモデルを用い、流入速度の条件は固定して定常解析を行った。速度条件は一定にしたため質量流量は変わらない。しかし、流入口と流出口の間における圧力に変化があった。

ブロックケービング法の環境をCFDで再現 

　崩落を想定したそれぞれのモデルで、空気の吸い込み口から排出口までの間に圧力が低下することが分かった。そこで、崩落時の抵抗力と衝撃損失を計算し、最終的な圧力損失と質量流量を把握することで、どのようなファンを用いれば現場全体に一定の空気を流せるか検討することにした。4mから12mの大きさの空隙では、抵抗力と衝撃損失は低い。12mから18mになると最低値になり、18mより大きな空隙は抵抗力と衝撃損失が上昇することが分かった。

ラドン濃度の予測

　グループの次の課題は採鉱現場のラドンの濃度分布を予測することだった。鉱業分野に技術者の従来の実験的手法は、採鉱現場のすべての拠点でラドン濃度を観測することだった。しかし採鉱場内のすべての場所で観測をすることは不可能なため、今回CFDでの検討が試みられた。

　ラドンは放射性希ガスに区分される物質で、より安定した元素へ崩壊遷移する際に放射エネルギー（崩壊生成物）が発生する。崩壊遷移期間は半減期と言い、ラドンの質量の半分が崩壊するまでに変化するまでにかかる時間を指す。半減期の長さは元素によって異なり、気体の密度も時間とともに変化する。サウスダコタ・スクールのグループの学生らはSCRYU/Tetraの化学反応機能を用い、ラドンの崩壊プロセスを解析した。これにより、採鉱現場に拡散するラドンガスが崩壊する際の物質変化を考慮しての解析が可能となった。

　解析後、経験値から得られた、一般に用いられる高濃度ラドンを薄めるのに取り込むべき外気の空気量と解析結果と比較してみたところ、同じ傾向が確認できたと言う。従来手法によって比較に差異は出たものの、従来の手法では取り込むべき空気量を過小に見積もっているという研究もあることを踏まえ、総合的に見て解析結果の正確性は証明できたようだ。

　学生らが採用したラドンガスのモデリング方法は、今後も検証を重ねる必要があると言うが、試験的な解析では良い結果が出ており、従来の手法に勝る利点がいくつも確認できたそうだ。坑道の出口付近のラドン濃度のみを評価する従来の手法に比べて、CFDを用いた手法では空間と時間の条件も付加することができ、採鉱現場内のラドン濃度を実際の値に近い数値で予測することができると言う。ラドンを薄めるために必要な空気量の予測も、CFDの方がより詳細に行えるそうだ。

　サウスダコタ・スクールのグループは、CFDモデルと実測・解析値の検証を官民で進めるべきだと言う。鉱業の分野におけるCFDの可能性について、タッカラージャ博士は以下のように語る。「鉱業の分野において現場での実測は難しいのです。実測値との比較が必須となるCFDが鉱業分野の技術者たちの間で用いられる機会が少なかったのは、このためです。また、採鉱現場の中には、CFDでも検証が難しい種類の現場もあります。しかし、今後CFDによる検証が進むことで、CFDを用いた研究・開発を鉱業分野でも行うべきだという声が広がるはずです」。

SCRYU/Tetraを用いた換気シミュレーション

　サウスダコタ・スクールのグループがSCRYU/Tetraを選んだ決め手は、プリプロセッサだと言う。ロバストで使いやすく、複雑なブロックケービングの形状を構築するのに適していたそうだ。化学反応など、さまざまな物理現象をモデリングできたのも良かったと言う。機能的にすばらしく、処理速度も速い上、技術サポートも満足だったようだ。

「鉱業の分野にCFDを導入する上で最も大きな課題だったのは、採鉱現場の複雑な運転環境を再現できるかどうかでした。地下坑道は、それぞれ違う設計が適用されており、ソフトで再現するのは難しいのです。また、坑道の形状が複雑なため、メッシュ生成が困難です。」（タッカラージャ博士）　

　今回のプロジェクトでSCRYU/Tetraを採用したことについて、タッカラージャ博士は次のように語る。「地下採鉱現場の換気を検証するにあたって、SCRYU/Tetraは優れたツールです。使いやすく、メッシュも効率よく解析できました。今後もSCRYU/Tetraを使って研究を進めたいと思っています」。