CFDPro霧化仿真 | 專為霧化過程與液滴屬性研究設(shè)計(jì)的仿真模塊

霧化是一種將液體轉(zhuǎn)化為微小液滴的技術(shù)，通過不同的霧化方法實(shí)現(xiàn)液體的高效分散、蒸發(fā)、燃燒、吸附或沉積等目的。

霧化仿真在多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中具有極其重要的地位。無論是內(nèi)燃機(jī)中燃油的高效燃燒，還是化工生產(chǎn)中的噴霧干燥，以及農(nóng)業(yè)噴霧中農(nóng)藥的均勻分布，霧化效果的好壞直接影響著產(chǎn)品的性能和效率。這些重點(diǎn)領(lǐng)域涵蓋了能源、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、環(huán)保及多個(gè)工業(yè)制造分支，都依賴霧化仿真技術(shù)解決關(guān)鍵霧化性能問題。

燃燒工程：霧化仿真在內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等燃燒工程中扮演關(guān)鍵角色，用于優(yōu)化燃油噴射系統(tǒng)，提高燃燒效率，減少污染物排放。

醫(yī)藥健康：應(yīng)用于吸入式藥物遞送設(shè)備和霧化治療裝置的設(shè)計(jì)，確保藥物微粒達(dá)到適宜的粒徑范圍，以實(shí)現(xiàn)有效的肺部遞送或病灶靶向治療。

農(nóng)業(yè)噴灑：在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，霧化仿真助力改進(jìn)農(nóng)藥噴霧器性能，平衡覆蓋效果與減少藥液飄失，提升農(nóng)藥利用效率并降低環(huán)境污染。

環(huán)保技術(shù)：用于空氣凈化、消毒殺菌設(shè)備的霧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確保凈化劑或消毒劑以適宜的霧滴尺寸均勻分布，實(shí)現(xiàn)高效凈化或消毒效果。

工業(yè)制造：在冶金、涂料、印刷等行業(yè)中，霧化仿真對(duì)金屬熔液霧化、油漆噴涂、墨水噴印等工藝進(jìn)行優(yōu)化，提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

專業(yè)的霧化模擬仿真模塊

SprayPro是積鼎科技自主研發(fā)的一款專注于霧化過程與液滴屬性研究的專業(yè)模擬模塊。該模塊能夠模擬直噴式、旋流式等多種噴嘴的初次與二次霧化過程，模塊內(nèi)置的高精度算法與后處理程序，確保用戶獲取到接近真實(shí)的霧化數(shù)據(jù)，為深入理解霧化機(jī)理、有效指導(dǎo)噴嘴選擇與優(yōu)化，系統(tǒng)性構(gòu)建霧化數(shù)據(jù)庫(kù)等提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

● SprayPro功能特點(diǎn)

01高精度霧化仿真· 采用Level Set距離函數(shù)法來追蹤氣液相界面，相比傳統(tǒng)VOF法，氣液相界面更尖銳，有利于精準(zhǔn)捕捉霧化液滴。· 兼容空化模型，可用于高精度分析噴嘴處由于高速流動(dòng)引起的空化現(xiàn)象對(duì)霧化結(jié)果的影響?！?提供歐拉框架下三維高保真霧化仿真分析，以及對(duì)二次破碎后微小液滴的拉格朗日顆粒描述，便用于后續(xù)的燃燒仿真計(jì)算?！?超大渦(V-LES) 湍流模型既可以保證求解霧化過程中湍流的精度，又可以保證高效的計(jì)算效率。

02工程霧化仿真

· 在歐拉-拉格朗日框架下，把霧化顆粒當(dāng)作離散相，用工程霧化模型可以減少計(jì)算量，同時(shí)可以考慮液滴的蒸發(fā)。

· 采用LISA霧化模型，可以有效的捕捉離心噴霧過程，在保證工程應(yīng)用精度條件下，極大縮短了計(jì)算時(shí)間。

· 采用WAVE霧化模型，可以針對(duì)高We數(shù)條件下的噴霧場(chǎng)景進(jìn)行高效的仿真。

· 工程霧化模型，精度適中，后處理便捷。

典型應(yīng)用領(lǐng)域

● 離心噴嘴的燃油霧化仿真燃油霧化跟噴嘴的設(shè)計(jì)密切相關(guān)，但霧化效果的試驗(yàn)檢測(cè)非常復(fù)雜，且難度較大。借助流體仿真分析軟件，可以全面深入的模擬分析燃油噴射的霧化效果。值得注意的是，噴嘴的孔徑只有零點(diǎn)幾個(gè)毫米甚至幾十個(gè)微米，屬于微流尺度，需要運(yùn)用特定的理論框架與計(jì)算方法進(jìn)行分析。本案例采用SprayPro模塊，可分析不同噴嘴對(duì)應(yīng)的初次霧化和二次霧化過程，可以模擬氣-液兩相流動(dòng)、微通道內(nèi)的多相流動(dòng)過程等，分析出燃油的狀態(tài)和實(shí)際壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)，溫度場(chǎng)，霧化效果等數(shù)值仿真結(jié)果。

壓力分布圖

相界面圖

速度矢量圖

XY截面相含率分布圖

利用離心噴嘴的特性，結(jié)合離心噴嘴尺寸、噴霧壓力以及噴射介質(zhì)屬性開發(fā)的LISA噴霧模型達(dá)到工程精度水平，同時(shí)霧化的計(jì)算量大大減少。

利用LISA霧化模型的仿真效果

● 發(fā)動(dòng)機(jī)的橫向射流霧化模擬橫向射流是一種簡(jiǎn)單高效的霧化方式，能夠依靠浮力增強(qiáng)射流的穿透深度。在霧化過程中，射流角度、射流速度、來流速度及噴嘴孔徑等參數(shù)均會(huì)影響射流的霧化效果。由于燃油在橫向氣流中的破碎及油氣摻混均勻性對(duì)污染物的生成、燃燒性能以及燃燒不穩(wěn)定性等均有重要影響。本案例采用SprayPro模塊對(duì)單噴嘴射流在橫向來流中發(fā)生霧化和摻混過程進(jìn)行模擬仿真，并對(duì)比分析不同噴射角度和噴嘴尺寸的射流霧化效果。

液面狀態(tài)

中軸面上的流動(dòng)狀態(tài)（速度）

WAVE模型適合We數(shù)大于100的情況，慣性力遠(yuǎn)大于表面張力，液滴在高速的氣動(dòng)力作用下發(fā)生破碎。

利用WAVE霧化模型進(jìn)行橫風(fēng)霧化的仿真效果

國(guó)產(chǎn)自主流體仿真軟件CFDPro

CFDPro為基于有限體積法求解單相流/多相流NS方程的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)仿真軟件，采用Level Set界面追蹤方法、具備領(lǐng)先的湍流模型、豐富的相變模型，配置燃燒模型和反應(yīng)機(jī)理接口，更加適用于復(fù)雜的工程計(jì)算模擬分析。

積鼎科技成立于2008年，是國(guó)產(chǎn)自主流體仿真軟件研發(fā)及技術(shù)服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)。公司具有10余年CFD仿真技術(shù)開發(fā)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，核心產(chǎn)品與技術(shù)已成功為中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院、中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所、上?？臻g推進(jìn)研究所、西安航天動(dòng)力研究所等航空航天客戶提供專業(yè)的流體仿真解決方案

審核編輯 黃宇