噴嘴射流霧化過程仿真的案例
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
德爾福·汽車系統(tǒng)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(nèi)部幾何參數(shù)相互復雜作用，實現(xiàn)從參數(shù)化優(yōu)化過程到基于知識優(yōu)化過程的過渡，實現(xiàn)開發(fā)出更好的產(chǎn)品目標。
應用場景-“發(fā)動機噴嘴軸向射流”
發(fā)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(shù)下的噴嘴射流效果，對優(yōu)化和開發(fā)新型噴嘴結構以及提高發(fā)動機性能有重要的現(xiàn)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(chǎn)品更新?lián)Q代速度慢，難以適應高速發(fā)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(fā)生初級和次級破碎現(xiàn)象；初級破碎指液體射流發(fā)生變形并形成大系帶的現(xiàn)象。接著在次級破碎過程中，系帶會進一步破碎成液滴。
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(tǒng)計破碎液嫡粒度問題和單獨采用DPM計算，不能根據(jù)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(lián)合在一起，有興趣的可以私聊。
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(tǒng)計破碎液嫡粒度問題和單獨采用DPM計算，不能根據(jù)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(lián)合在一起，。
#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(wǎng)格制作）-FLUENT（仿真）
FLUENT經(jīng)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(qū)域內(nèi)的霧滴分布。
上圖為流場域整體模型
上圖為噴嘴模型
02
網(wǎng)格情況
使用ICEM制作純六面體網(wǎng)格，具體網(wǎng)格和質(zhì)量檢測如下（分別為基礎網(wǎng)格質(zhì)量和正交質(zhì)量檢測結果）。
上圖為正交質(zhì)量檢測結果（與FLUENT中質(zhì)量檢測的標準一致）。
展開 
CFDPro霧化仿真 | 專為霧化過程與液滴屬性研究設計的仿真模塊
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仿真軟件，采用Level Set界面追蹤方法、具備領先的湍流模型、豐富的相變模型，配置燃燒模型和反應機理接口，更加適用于復雜的工程計算模擬分析。
展開 噴嘴霧化仿真，fluent的DPM方法，從幾何模型到網(wǎng)格劃分到fluent計算的全部文件 ￥30
噴嘴霧化仿真，fluent的DPM方法，從幾何模型到網(wǎng)格劃分到fluent計算的全部文件
積鼎科技攜手濰柴動力的噴嘴霧化模擬項目榮獲2024年數(shù)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(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)專家的一致認可，成功榮獲2024年度數(shù)字仿真科技獎卓越應用獎。濰柴動力作為中國內(nèi)燃機行業(yè)的領軍企業(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(chuàng)新能力的一次驗證，也是雙方在推動行業(yè)技術進步、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)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(tǒng)中的霧化噴嘴，對于提高噴嘴的設計水平、優(yōu)化尾氣處理效果以及推動相關技術的發(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難點，包括模型準確性、多相流模擬的復雜性、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，并且破碎機理很難把控，模型精確度調(diào)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(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(yōu)化尾氣處理效果，推動相關技術發(fā)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(fā)。</strong>與主流商軟中的VOF to DPM模型相比，本項目開發(fā)的模型在預測精度和計算效率上均有顯著提升。
展開 移動和旋轉(zhuǎn)噴嘴在高速旋轉(zhuǎn)圓盤上的射流流場仿真
本篇文檔基于COMSOL軟件中的動網(wǎng)格技術模擬了移動和旋轉(zhuǎn)噴嘴的射流在高速旋轉(zhuǎn)圓盤上的速度場動態(tài)分布過程。效果展示如下：
1、噴嘴來回直線移動
2、噴嘴直線移動到一定位置后，進行旋轉(zhuǎn)移動
3、噴嘴以螺旋線的方式移動
如想進一步交流，歡迎加我Q：172497934，歡迎交流！
FLUENT多相流案例之三：基于VOF模型的墨水噴嘴液滴形成過程仿真 ￥499
噴墨打印機噴嘴液滴形成的瞬態(tài)過程是打印機的核心控制參數(shù)。本算例采用VOF模型來預測液滴的形狀。為了捕捉出墨的毛細效應，需要考慮表面張力和潤濕角的大小，但不考慮重力影響。噴嘴內(nèi)部的表面是中性可濕潤的，而噴嘴孔周圍則是不可濕潤的。仿真域由兩個部分組成:墨腔和氣腔，初始時刻，墨水充滿噴嘴，而其余區(qū)域充滿了空氣。假定這兩種液體都處于靜止狀態(tài)。為了啟動噴墨，在進口邊界處的墨水流速突然從0上升到3.58 m/s，并根據(jù)余弦定律下降，10微秒后，速度回到零。總共仿真時間為30微秒，即，是最初脈沖持續(xù)時間的三倍。由于是軸對稱問題，采用二維幾何。
20ms時刻
UDF定義速度邊界隨時間變化
收費文件列表
展開 【技術貼】AVL FIRE? M：從噴嘴內(nèi)流到發(fā)動機缸內(nèi)過程——考慮多組分燃料閃急沸騰的完整仿真分析方案
圖10：各個組分液相摩爾密度分數(shù)發(fā)展過程
多組燃料的閃急沸騰特性完全取決于各個組分的揮發(fā)性。在PACE燃料各組分的分析中，乙醇（Ethanol，C2H6O）是最輕的成分，而四氫萘(Tetralin，C10H12)是最重的。根據(jù)快速沸騰物理學，這說明乙醇的蒸發(fā)速度更快，而四氫萘的蒸發(fā)速度較慢。從圖10和圖11中可以清楚地看到，其它組分的蒸發(fā)速率介于乙醇和四氫萘之間。
圖11：各個組分氣相摩爾密度分數(shù)發(fā)展過程
6
試驗驗證
采用ANL的測試結果驗證多組分模型的精度。圖12展示了距噴嘴出口下方1mm平面處液體密度（μg/mm3）的定性對比。從圖片中可以看出，F(xiàn)IRE M的模擬結果和測試結果高度一致。可以看出每束噴霧的中部都有一個完整的液核，并沿著徑向向外擴散。
圖12：仿真驗證-噴嘴出口1mm平面處液體密度的定性對比
圖13為定量對比，展示了仿真與試驗在噴嘴出口1mm平面處的液體密度沿中心線（圖13中虛線）投影。圖中數(shù)值為液體密度、分布密度的積分值。可以看出，AVL FIRE M的仿真結果與試驗測試結果高度一致。
圖13：仿真驗證-噴嘴出口1mm平面處的定量對比
7
如何通過仿真多組分燃料噴嘴內(nèi)流如何影響缸內(nèi)噴霧燃燒？
閃急沸騰發(fā)生時，液體射流的行為及其分解是劇烈變化的，因此它對噴霧的發(fā)展和濕壁行為會產(chǎn)生很大的影響，從而進一步影響到燃燒品質(zhì)和污染物的形成。有必要采用噴嘴內(nèi)流模擬的噴嘴文件作為發(fā)動機噴霧仿真的輸入邊界。在發(fā)動機缸內(nèi)模擬中，燃油噴射量和噴油正時需要根據(jù)發(fā)動機的運行工況進行校準。圖14展示的是燃油中各個組份質(zhì)量分數(shù)在噴油過程中的發(fā)展歷程。正如在噴嘴流內(nèi)流模擬中觀察到的那樣，缸內(nèi)模擬也顯示出類似的蒸發(fā)行為，即乙醇比四氫萘蒸發(fā)得更快。
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