霧化模擬
關(guān)注創(chuàng)建者：良人無夢 創(chuàng)建時間：2019-04-21
霧化模擬的實例教程
數(shù)學(xué)模型及工況
采用非穩(wěn)態(tài)方法模擬射流在橫向氣流中的霧化過程。
湍流模型和界面捕捉是研究射流破碎和霧化的關(guān)鍵。湍流模型能有效描述流態(tài)湍流狀態(tài)；界面捕捉方法可以有效捕捉精細(xì)的破碎霧化結(jié)構(gòu)，尤其是一次霧化及液體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜運(yùn)動，并獲得霧化發(fā)展過程。本案例采用超大渦（V-LES）湍流模型和Level Set界面捕捉方法。
超大渦（V-LES）湍流模型
超大渦模擬（V-LES）與大渦模擬（LES）的區(qū)別在于超大渦模擬（V-LES）的過濾尺度不再是網(wǎng)格尺度，而是介于網(wǎng)格尺度和宏觀尺度（如管道直徑）之間的一個值。當(dāng)過濾尺度大于網(wǎng)格尺度時，超大渦模擬（V-LES）與雷諾時均（RANS）模型近似；當(dāng)過濾尺度接近網(wǎng)格尺度時，超大渦模擬（V-LES）近似大渦模擬（LES）。
展開 <p>近日，積鼎科技攜手濰柴動力股份有限公司（以下簡稱“濰柴動力”），憑借創(chuàng)新的噴嘴霧化一體化模擬仿真項目，其成果價值贏得了行業(yè)專家的一致認(rèn)可，成功榮獲2024年度數(shù)字仿真科技獎卓越應(yīng)用獎。濰柴動力作為中國內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，在動力系統(tǒng)、商用車、農(nóng)業(yè)裝備及智慧物流等領(lǐng)域具有廣泛的影響力。此次與積鼎科技的深度合作，不僅是對其技術(shù)創(chuàng)新能力的一次驗證，也是雙方在推動行業(yè)技術(shù)進(jìn)步、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)上的重要里程碑。</p><p><img src="https://img.xiumi.us/xmi/ua/4CwTl/i/dfb2f303fdb34fa652b454e73e66d107-sz_324543.jpeg"></p><p>利用CFD手段研究重卡尾氣后處理系統(tǒng)中的霧化噴嘴，對于提高噴嘴的設(shè)計水平、優(yōu)化尾氣處理效果以及推動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。通常霧化噴嘴流體仿真涉及到多個技術(shù)難點(diǎn)，包括模型準(zhǔn)確性、多相流模擬的復(fù)雜性、實驗數(shù)據(jù)的缺乏、參數(shù)敏感性等。主流商軟中有專門的VOF to DPM模型，但是該模型計算量巨大，并且破碎機(jī)理很難把控，模型精確度調(diào)試十分困難，實際應(yīng)用性不強(qiáng)。積鼎科技與濰柴動力團(tuán)隊通過深入研發(fā)，基于自主研發(fā)的CFD軟件VirtualFlow，成功開發(fā)了工程霧化模型及其內(nèi)流場仿真銜接模塊，實現(xiàn)了噴嘴霧化仿真全流程的打通，打破了傳統(tǒng)模型之間的壁壘，達(dá)到了比VOF to DPM模型更為精準(zhǔn)且高效的仿真效果，從而提高噴嘴設(shè)計水平，優(yōu)化尾氣處理效果，推動相關(guān)技術(shù)發(fā)展。</p><p><br></p><p><strong>項目亮點(diǎn)</strong></p><ul><li><strong>自主可控高精度工程霧化模型開發(fā)。</strong>與主流商軟中的VOF to DPM模型相比，本項目開發(fā)的模型在預(yù)測精度和計算效率上均有顯著提升。
展開 模擬了一個旋轉(zhuǎn)壓力噴嘴霧化，有興趣的可以私信或者評論留下聯(lián)系方式。
利用LISA霧化模型的仿真效果
● 發(fā)動機(jī)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(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(jìn)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(yuǎn)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(jìn)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(jī)理接口，更加適用于復(fù)雜的工程計算模擬分析。
展開 霧化仿真可以對生產(chǎn)過程中的各種因素進(jìn)行敏感性分析，找出影響霧化效果的關(guān)鍵參數(shù)，并制定嚴(yán)格的控制范圍。通過在生產(chǎn)過程中對這些參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)控和調(diào)整，能夠有效保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。
如在制藥行業(yè)，吸入式藥物的霧化效果直接關(guān)系到治療效果和患者的健康安全，利用霧化仿真優(yōu)化藥物霧化器設(shè)計，可確保每一個產(chǎn)品都能將藥物均勻、精準(zhǔn)地輸送到患者呼吸道，提高治療效果。
二、積鼎科技CFD在霧化方向的卓越應(yīng)用方案
積鼎科技作為國內(nèi)CFD領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，憑借其深厚的技術(shù)積累和豐富的行業(yè)經(jīng)驗，推出了一系列針對霧化方向的專業(yè)應(yīng)用方案，為眾多行業(yè)客戶解決了實際工程難題，贏得了廣泛贊譽(yù)。
SprayPro：專業(yè)霧化模擬模塊，精準(zhǔn)捕捉霧化細(xì)節(jié)
積鼎科技自主研發(fā)的SprayPro是一款專注于霧化過程與液滴屬性研究的專業(yè)模擬模塊 ，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)。
液面狀態(tài)
中軸面上的流動狀態(tài)（速度）?
中軸面上的流動狀態(tài)（渦量）
在技術(shù)實現(xiàn)上，SprayPro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，便于后續(xù)的燃燒仿真計算 。同時，超大渦(V-LES) 湍流模型既保證了求解霧化過程中湍流的精度，又兼顧了高效的計算效率。采用LISA霧化模型，可以有效捕捉離心噴霧過程，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(jìn)行高效的仿真 。
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霧化模擬的最新內(nèi)容
SprayPro：專業(yè)霧化模擬模塊，精準(zhǔn)捕捉霧化細(xì)節(jié)
積鼎科技自主研發(fā)的SprayPro是一款專注于霧化過程與液滴屬性研究的專業(yè)模擬模塊 ，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)。
<p>近日，積鼎科技攜手濰柴動力股份有限公司（以下簡稱“濰柴動力”），憑借創(chuàng)新的噴嘴霧化一體化模擬仿真項目，其成果價值贏得了行業(yè)專家的一致認(rèn)可，成功榮獲2024年度數(shù)字仿真科技獎卓越應(yīng)用獎。濰柴動力作為中國內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，在動力系統(tǒng)、商用車、農(nóng)業(yè)裝備及智慧物流等領(lǐng)域具有廣泛的影響力。
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。
2.2.2 高溫合金粉末粒度控制(水霧化物理模擬和粉末制備實驗驗證)本課題組通過研究霧化噴嘴結(jié)構(gòu)和霧化工藝參數(shù)對高溫合金粉末粒度的影響，實現(xiàn)Ar 氣霧化高溫合金粉末粒度的有效控制。課題組采用與金屬霧化過程相同的噴嘴結(jié)構(gòu)和霧化工藝，使用水模擬金屬液進(jìn)行氣體霧化以指導(dǎo)霧化噴嘴的設(shè)計和改進(jìn)。
射流速度設(shè)定為30m/s，來流速度設(shè)定為30m/s，這里共開展了三種射流角度和三種噴嘴孔徑下的橫向射流霧化模擬，共計5種工況，具體工況參數(shù)如下所示。
（2）本文初步設(shè)計的制冷劑霧化節(jié)流機(jī)構(gòu)在模擬的工況范圍內(nèi)出口離散相濃度標(biāo)準(zhǔn)差和最大離散相流量偏差最小可達(dá)0.02 和0.01，達(dá)到了儲液式分液頭的分液水平；最大可達(dá)0.4 和0.24 左右，波動較大并且分液效果不理想。
評價機(jī)構(gòu)的運(yùn)動及力傳遞，研究機(jī)械系統(tǒng)整體動態(tài)行為，類似于理論力學(xué)研究的問題；
復(fù)合材料分析：復(fù)合材料由于其優(yōu)異的力學(xué)性能正被廣泛使用，ACP是效率更高的的復(fù)合材料建模軟件；
流體
單相流場分析：所謂單相就是流體只有一種相，比如飛機(jī)氣動分析，介質(zhì)就是空氣，潛艇水下航行，介質(zhì)就是水；
旋轉(zhuǎn)機(jī)械CFD：CFX擅長做旋轉(zhuǎn)機(jī)械的CFD分析；
離散相分析：相對單相來說的，比如霧化噴嘴的模擬
一方面，是測試的自身測試條件，因為樣品的實際應(yīng)用領(lǐng)域不同，所應(yīng)對的工況也不一樣，所以霧化試驗條件模擬材料實際使用環(huán)境，進(jìn)行選擇實驗條件，得出主要影響因素。
#403/409FLUENT案例-扇形噴嘴霧化場仿真
使用軟件版本
Workbench2020R1-SCDM（邊界標(biāo)定）-ICEM（結(jié)構(gòu)網(wǎng)格制作）-FLUENT（仿真）
FLUENT經(jīng)典案例#403-扇形噴頭的霧化模擬
Fluent采用vof to dpm的螺旋噴嘴霧化過程模擬，有效解決了單獨(dú)采用vof計算無法統(tǒng)計破碎液嫡粒度問題和單獨(dú)采用DPM計算，不能根據(jù)實際噴嘴形狀進(jìn)行計算問題，有效的將一次霧化與二次霧化聯(lián)合在一起，。
