噴嘴霧化的案例
積鼎 VirtualFlow 案例｜高精度工程霧化模型，優化離心旋流噴嘴霧化效果
霧化噴嘴已廣泛滲透于航空航天、車輛工程、醫藥制造、精密生產、食品加工、環境保護以及現代農業等眾多工業領域，成為提升各行業生產效率與性能的關鍵工具。因此，霧化噴嘴的仿真技術顯得尤為重要，通過準確模擬噴嘴的霧化過程，幫助工程師在設計階段即可優化噴嘴結構，確保最終產品能夠精確滿足多樣化、復雜化的應用需求，極大地加速了霧化噴嘴的技術迭代與性能提升。
項目背景
尾氣后處理系統在重卡中的地位至關重要。隨著全球環境保護法規的日益嚴格，特別是中國實施的第六階段排放標準，重卡的尾氣排放要求達到了前所未有的高度。尾氣后處理系統也因此成為重卡滿足排放標準的關鍵技術之一。
霧化噴嘴是尾氣后處理系統中的重要部分。霧化噴嘴的設計和性能直接影響到整個尾氣后處理系統的優化，包括噴射角度、噴射速率、霧化顆粒大小等，這些都是確保系統高效運行的關鍵因素。良好的霧化效果能顯著提高化學反應的效率，延長后處理設備的使用壽命，其性能的優劣直接關系到整個系統的工作效率和尾氣排放處理的成效。
利用CFD技術研究重卡尾氣后處理系統中的霧化噴嘴，對于提高噴嘴的設計水平、優化尾氣處理效果以及推動相關技術的發展具有重要意義，但是霧化噴嘴流體仿真涉及到多個技術難點，如尿素溶液在噴嘴內的霧化過程極其復雜，涉及到液滴的形成、生長、分裂和撞擊等多個階段；尿素霧化噴嘴內部的流動可能存在湍流、振蕩等現象，這些現象的模擬需要考慮噴嘴內部流動的隨機性和不穩定性；尿素在噴嘴內霧化后，會在尾氣中與NOx發生化學反應，這個過程中可能伴隨有熱量的釋放等。
項目目標
某動力集團公司是中國動力系統領域的領軍企業。憑借在重型卡車行業的深耕細作，已經確立了其在國內市場的龍頭地位，并且在全球范圍內也具有顯著的競爭優勢。
展開 積鼎科技攜手濰柴動力的噴嘴霧化模擬項目榮獲2024年數字仿真卓越應用獎
<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專家的一致認可，成功榮獲2024年度數字仿真科技獎卓越應用獎。濰柴動力作為中國內燃機行業的領軍企業，在動力系統、商用車、農業裝備及智慧物流等領域具有廣泛的影響力。此次與積鼎科技的深度合作，不僅是對其技術創新能力的一次驗證，也是雙方在推動行業技術進步、實現可持續發展目標上的重要里程碑。</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中的霧化噴嘴，對于提高噴嘴的設計水平、優化尾氣處理效果以及推動相關技術的發展具有重要意義。通常霧化噴嘴流體仿真涉及到多個技術難點，包括模型準確性、多相流模擬的復雜性、實驗數據的缺乏、參數敏感性等。主流商軟中有專門的VOF to DPM模型，但是該模型計算量巨大，并且破碎機理很難把控，模型精確度調試十分困難，實際應用性不強。積鼎科技與濰柴動力團隊通過深入研發，基于自主研發的CFD軟件VirtualFlow，成功開發了工程霧化模型及其內流場仿真銜接模塊，實現了噴嘴霧化仿真全流程的打通，打破了傳統模型之間的壁壘，達到了比VOF to DPM模型更為精準且高效的仿真效果，從而提高噴嘴設計水平，優化尾氣處理效果，推動相關技術發展。</p><p><br></p><p><strong>項目亮點</strong></p><ul><li><strong>自主可控高精度工程霧化模型開發。</strong>與主流商軟中的VOF to DPM模型相比，本項目開發的模型在預測精度和計算效率上均有顯著提升。
展開 Fluent扇形噴嘴/螺旋噴嘴霧化仿真
Fluent采用vof to dpm的扇形噴嘴/螺旋噴嘴霧化過程模擬，有效解決了單獨采用vof計算無法統計破碎液嫡粒度問題和單獨采用DPM計算，不能根據實際噴嘴形狀進行計算問題，有效的將一次霧化與二次霧化聯合在一起，有興趣的可以私聊。
fluent模擬旋轉壓力噴嘴霧化
模擬了一個旋轉壓力噴嘴霧化，有興趣的可以私信或者評論留下聯系方式。
fluent螺旋噴嘴霧化仿真
Fluent采用vof to dpm的螺旋噴嘴霧化過程模擬，有效解決了單獨采用vof計算無法統計破碎液嫡粒度問題和單獨采用DPM計算，不能根據實際噴嘴形狀進行計算問題，有效的將一次霧化與二次霧化聯合在一起，。
FLUENT噴嘴射流霧化過程仿真
射流霧化ANSYS
CFD仿真應用
01
ANSYS CFD 霧化仿真應用
單個液滴破碎過程CFD仿真（袋破裂模式）
? HP噴嘴噴霧的仿真與測量結果對比
德爾?！て囅到y工程師使用ANSYS Fluent準確描述噴嘴流動力學和破碎過程特征。通過ANSYS CFD仿真讓工程師能夠更好的理解噴嘴內部幾何參數相互復雜作用，實現從參數化優化過程到基于知識優化過程的過渡，實現開發出更好的產品目標。
應用場景-“發動機噴嘴軸向射流”
發動機燃燒室（Turbojet Augmentor
Sections and Ramjet and Scramjet Combustors）壁面安置噴嘴，液體燃料從噴嘴射流混入橫向流動的空氣中，液體燃料霧化情況直接決定了其燃燒效率；研究不同結構參數下的噴嘴射流效果，對優化和開發新型噴嘴結構以及提高發動機性能有重要的現實意義；
噴嘴霧化性能試驗面臨周期長、成本高等問題，新型噴嘴產品更新換代速度慢，難以適應高速發展的市場需求。
射流霧化ANSYS CFD仿真機理
02
“射流噴霧”過程中會同時發生初級和次級破碎現象；初級破碎指液體射流發生變形并形成大系帶的現象。接著在次級破碎過程中，系帶會進一步破碎成液滴。
展開 #403/409FLUENT案例-扇形噴嘴霧化場仿真
#403/409FLUENT案例-扇形噴嘴霧化場仿真
使用軟件版本
Workbench2020R1-SCDM（邊界標定）-ICEM（結構網格制作）-FLUENT（仿真）
FLUENT經典案例#403-扇形噴頭的霧化模擬
01
仿真基本工況
如下圖所示的噴嘴向空氣中噴水并霧化。假定條件為：水入射速度10m/s，流量0.2kg/s。模擬區域內的霧滴分布。
上圖為流場域整體模型
上圖為噴嘴模型
02
網格情況
使用ICEM制作純六面體網格，具體網格和質量檢測如下（分別為基礎網格質量和正交質量檢測結果）。
上圖為正交質量檢測結果（與FLUENT中質量檢測的標準一致）。
展開 壓力霧化噴嘴計算程序和GetDate程序
[forum.simwe.com]壓力霧化噴嘴設計程序.rar
[forum.simwe.com]getdata.part3.rar
[forum.simwe.com]getdata.part1.rar
[forum.simwe.com]getdata.part2.rar
制冷劑霧化的節流及分液特性探討 附噴霧學曹建明下載
圖1 霧化節流機構結構示意圖
1.1 仿真模型
基于上述構想，為采用CFD 技術對霧化噴嘴的節流特性進行模擬，對模型做如下簡化：
（1）因液態冷媒流經噴孔時間極短，忽略噴嘴內部因空化現象產生的微量閃發蒸汽，假設液態冷媒流經噴孔為單相流動；
（2）在噴嘴出口瞬間，速度迅速增大，霧束周圍制冷劑氣體不斷被卷入，導致噴嘴出口壓力進一步降低，液體迅速破裂，在液滴與液滴及與環境之間的相互作用使液滴進一步碎裂形成最終霧化[10,11]，假設冷媒在噴孔出口霧化過程迅速閃發，達到節流后兩相狀態。
在上述簡化條件下，建立如下單個噴嘴中制冷節流霧化過程的數學模型。
① 連續性方程
② 動量守恒方程
③ 體積分數方程
其中源項S 中包含制冷劑閃發過程的描述。
④ 邊界條件
噴嘴進出口邊界為壓力邊界，并與冷凝和蒸發壓力對應，霧化腔進出口邊界分別為速度及壓力邊界，并將單個噴嘴整個霧化過程簡化為軸對稱模型進行計算，如圖2（a）和2（b）所示，并根據文獻[7,11]將模型2（a）所計算出的噴嘴出口速度分布擬合為五次多項式作為模型2（b）霧化腔進口速度。
圖2 計算模型和邊界條件
基于上述模型，采用CFD 仿真技術對單個霧化噴嘴的節流特性進行了模擬計算，分析了蒸發溫度、冷凝溫度、過冷度等對霧化噴嘴節流特性的影響。
1.2 噴嘴霧化節流特性分析
本文通過分析霧化噴嘴出口流量和霧化流場軸向速度來考察制冷劑霧化的節流特性，為分析蒸發溫度、冷凝溫度及過冷度的影響，計算了單個噴嘴的霧化節流特性，計算條件為：制冷工質為R22，噴嘴孔徑4mm，長徑比為1.25。蒸發溫度5~15℃、冷凝溫度45~55℃、過冷度0~8K。
展開 噴嘴不同噴霧方式及其應用與噴嘴排布
氣體輔助霧化能有效利用高速氣體的能量，因而具有霧化效果好，單噴嘴可以有較大處理量，是一種非常有潛力的噴嘴形式。當然，此種結構中需要額外的氣（汽）源。
? 內混式氣體輔助霧化：氣體和液體在離開噴嘴之前首先在噴嘴的內部進行混合，然后經過噴口噴出；
?外混式氣體輔助霧化：高速運動的氣流在噴嘴的出口處或出口處之外與液體相接觸并產生作用；
?氣泡霧化：氣泡霧化是利用氣體在液相中產生氣泡，氣泡在噴口爆破將液滴再次破碎。
新型噴嘴采用的霧化原理：新型噴嘴的工作過程基于內混式霧化原理和氣泡霧化原理。
二.催化裂化進料噴嘴
從九十年代中期以后，各大石油公司分別開發出了新一代高效霧化進料噴嘴，稱為第三代霧化進料噴嘴,如Mobil & Kellog公司的Atomax噴嘴和UOP公司的Optimix 噴嘴。這些噴嘴的霧化SMD粒徑在50-60 m，它們能使裝置的輕油產率有較為明顯的提高。石油大學自1996年在中石化總公司立項，進行催化裂化新型高效霧化進料噴嘴的開發。
展開 高保真CFD霧化仿真：助力設備研發降本增效
成功案例：攜手濰柴動力，共鑄噴嘴霧化仿真新高度
積鼎科技與濰柴動力的合作堪稱行業典范。在重卡尾氣后處理系統的噴嘴霧化模擬項目中，雙方團隊緊密合作，基于積鼎科技自主研發的CFD軟件VirtualFlow，成功開發了工程霧化模型及其內流場仿真銜接模塊，實現了噴嘴霧化仿真全流程的打通，打破了傳統模型之間的壁壘。
主流商軟中的VOF to DPM模型計算量巨大，并且破碎機理很難把控，模型精確度調試十分困難，實際應用性不強。而積鼎科技開發的模型在預測精度和計算效率上均有顯著提升，能夠精準模擬出離心噴嘴在出口處空心錐角的形成動態行為，從而提高仿真結果的穩定性和可靠性。該技術在處理復雜界面變化時具有顯著優勢，并且充分利用CPU和GPU的并行處理能力，實現計算性能的顯著提升，極大地縮短了仿真周期。此次合作成果贏得了行業專家的一致認可，成功榮獲2024年度數字仿真科技獎卓越應用獎，為推動重卡尾氣處理技術的發展做出了重要貢獻。
無論是在能源動力、工業制造，還是在醫療、農業等領域，積鼎科技的CFD霧化應用方案都展現出了強大的技術實力和應用價值，歡迎與我們咨詢聯系www.simpop.cn
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噴嘴霧化仿真，fluent的DPM方法，從幾何模型到網格劃分到fluent計算的全部文件 ￥30
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噴霧冷卻模擬
技術鄰處女貼：
計算目的：通過對霧化噴嘴的模擬，使大家了解其計算方法與過程設置；
1、幾何模型及網格劃分，扇形霧化噴嘴，噴嘴距離鋼板剛度為80mm；鋼板幾何尺寸為80*80*2
2、求解過程及設置
1）組分輸運過程計算，采用不可壓縮理想氣體得到噴嘴的流量
2）霧化場計算，采用DPM模型，選擇空氣輔助噴嘴模型、顆粒碰撞、破碎模型；
3）鋼板霧化冷卻計算，添加歐拉film模型；
鋼板表面邊界條件設置
3、計算結果展示：
a） 霧化場分布
b） 鋼板表面水蒸氣分布
c） 鋼板表面溫度分布
d) 鋼板冷卻速度：通過瞬態的計算分析，從前三秒來看霧化噴嘴對鋼板滯止點的溫度冷卻速度約為15K/s；
展開 技術鄰周報 第3期
地埋管群傳熱特性仿真
作者：仿真助手
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1799027
7、DEFORM中的Properties：Deformation
作者：工科小學生
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1799080
8、利用lammps軟件計算硅的平衡晶格常數和體彈模量
作者：320科技工作室
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1799150
9、視頻課程：疲勞基礎知識介紹
作者：孫然
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c17193
10、RP Fiber Power 如何有效地追蹤數值問題
作者：墨光科技
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1799459
11、Ansys接觸模型細講
作者：芷行說
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1799460
12、怎樣理解材料力學中的強度和剛度
作者：有限元科技_
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1799585
13、ABAQUS 長柱 初偏心、初彎曲 幾何缺陷的建模
作者：杭上
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1799724
14、深挖APDL傳奇功能，給仿真工程師一個“反悔”的選擇
作者：安世亞太
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1799832
15、FLUENT案例-扇形噴嘴霧化場仿真
展開 航空發動機用粉末高溫合金及制備技術研究進展
相比于傳統測速方法，該實驗可以準確地得到所觀測位置的速度場信息，從而為改進霧化器和爐體結構提供指導。
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構和霧化工藝參數對高溫合金粉末粒度的影響，實現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構和霧化工藝，使用水模擬金屬液進行氣體霧化以指導霧化噴嘴的設計和改進。采用滴譜儀在線測試霧化液滴尺寸分布，隨著霧化壓力的提高，霧滴尺寸逐漸變細，而噴嘴結構也會明顯影響霧化液滴的尺寸(圖8)。
圖6 不同粒徑粉末顆粒軌跡圖
Fig.6 Particle trajectory of powder with different particle diameters
圖7 PIV測速實驗示意圖和速度矢量分布圖
Fig.7 Schematic of particle image velocimetry(PIV)experiment(a)and contour of velocity vector(b)
根據水霧化物理模擬結果，針對霧化噴嘴開展實際的高溫合金粉末制備實驗，通過工藝優化，粉末粒度得到細化。采用激光粒度分析法測量制備粉末的粒度分布，高溫合金粉末中位徑d50=29.2 μm，累計分布曲線10%和90%位置對應的粒度d10和d90分別為9.6和65.9 μm。
2.3 粉末O含量控制技術研究
O 含量是鎳基高溫合金粉末的一項重要指標。
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