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      CFDPro霧化仿真 | 專為霧化過程與液滴屬性研究設(shè)計的仿真模塊
      發(fā)布日期:2024-04-16

      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。

      霧化仿真在多個工業(yè)領(lǐng)域中具有極其重要的地位。無論是內(nèi)燃機中燃油的高效燃燒,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。這些重點領(lǐng)域涵蓋了能源、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、環(huán)保及多個工業(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、燃氣輪機、火箭發(fā)動機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,確保藥物微粒達到適宜的粒徑范圍,以實現(xiàn)有效的肺部遞送或病灶靶向治療。
      • 農(nóng)業(yè)噴灑:在精準農(nóng)業(yè)中,霧化仿真助力改進農(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,確保凈化劑或消毒劑以適宜的霧滴尺寸均勻分布,實現(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,霧化仿真對金屬熔液霧化、油漆噴涂、墨水噴印等工藝進行優(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的霧化數(shù)據(jù),為深入理解霧化機理、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)庫等提供堅實基礎(chǔ)。

      ● SprayPro功能特點

      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引起的空化現(xiàn)象對霧化結(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算量,同時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,極大縮短了計算時間。

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

      · 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)計密切相關(guān),但霧化效果的試驗檢測非常復(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幾個毫米甚至幾十個微米,屬于微流尺度,需要運用特定的理論框架與計算方法進行分析。
      本案例采用SprayPro模塊,可分析不同噴嘴對應(yīng)的初次霧化和二次霧化過程,可以模擬氣-液兩相流動、微通道內(nèi)的多相流動過程等,分析出燃油的狀態(tài)和實際壓力場、速度場,溫度場,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噴霧模型達到工程精度水平,同時霧化的計算量大大減少。

                                                        

      利用LISA霧化模型的仿真效果

      ● 發(fā)動機的橫向射流霧化模擬
      橫向射流是一種簡單高效的霧化方式,能夠依靠浮力增強射流的穿透深度。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模塊對單噴嘴射流在橫向來流中發(fā)生霧化和摻混過程進行模擬仿真,并對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)

      中軸面上的流動狀態(tài)(速度)

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

      利用WAVE霧化模型進行橫風(fēng)霧化的仿真效果

       
      國產(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方程的計算流體動力學(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)機理接口,更加適用于復(fù)雜的工程計算模擬分析。

      積鼎科技成立于2008年,是國產(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,核心產(chǎn)品與技術(shù)已成功為中國航空發(fā)動機研究院、中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所、上??臻g推進研究所、西安航天動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。

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