氣體混合的案例
使用嵌入 CAD 的工程流體力學仿真 優化氣體混合過程
SOLIDWORKS FLOW SIMULATION 是氣體混合 CFD 分析的最佳方法
氣體混合在各種廣泛的應用領域都非常重要，例如，煙道中的氣體混合對于排放控制系統的操作非常重要，填料塔和其他類型化學反應器中的氣體混合會影響過程的產出量和可變性，氣體混合對用于處理危險廢物的旋轉窯焚化爐的性能有重大影響，呼吸道中的氣體混合影響霧化藥物的療效，混合效率上若干個百分點的提升即可大幅減少低氧化氮燃燒器的能耗和排放。優化氣體和空氣混合以滿足特定應用需求頗具挑戰性，該過程通常需要反復建造并測試原型，因此非常耗費時間和成本。大公司已經采用了計算流體力學 (CFD) 來模擬氣體混合，但鑒于使用 CFD 技術所需投入的大量成本、時間和專業知識，目前為止這種技術的應用僅限于研究或解決現有設計的疑難問題。
然而過去幾年，市面上出現了完全嵌入主流機械設計環境的新型 CFD 工具，這些工具使用更加簡單、更快且更經濟實惠。在設計流程的早期階段，用戶可以使用這些新工具來評估大量備選方案的性能，早期階段的分析使之有可能以較少的時間和較低的成本來提高產品性能并解決設計問題。本文介紹了在設計流程的早期階段使用 CFD 改善氣體混合的使用指南。
氣體和空氣混合的重要性
燃燒設備制造商面臨著諸多競爭壓力和監管壓力，這迫使他們不得不提高能效、減少環境排放、加大控制力度并提供更大的燃料靈活性。應對此挑戰的關鍵在于改善燃燒器的性能，因為燃燒器是所有燃燒系統的重要組成部分。即便是很小的性能改進，也會對持續運轉且耗費大量能源的系統產生重大的積極影響。對于幾乎所有燃燒器而言，燃料和氣體混合都是設計過程的重要環節。許多應用領域面臨的主要設計挑戰是通過注入氣體來實現近乎理想化的混合。混合很重要，因為氣體和燃料的濃度不均勻將導致排放量的大幅上升和燃燒效率的大幅下降。
展開 半導體封裝工藝為什么要測量氮氫混合氣體中的氫氣濃度？
在這一復雜而精密的制造過程中，多種工藝氣體被廣泛應用，其中氮氫混合氣因其獨特的物化特性，成為多個封裝工序中不可或缺的氣體材料。
然而，氫氣的易燃易爆屬性也為生產安全帶來嚴峻挑戰。如何在高效利用氮氫混合氣的同時，嚴格控制氫濃度、預防泄漏與燃爆風險，已成為半導體封裝企業必須面對的核心安全問題。
一、氮氫混合氣體在半導體封裝工藝中的關鍵應用
氮氫混合氣通常由氮氣（N?）和氫氣（H?）按特定比例配制而成。氮氣化學性質穩定，常用于形成惰性氣氛，防止高溫工藝中的氧化現象；而氫氣具有較強的還原性，可有效去除芯片表面的氧化層，改善金屬層質量及焊接效果。兩者結合，在多個封裝環節發揮協同作用。
芯片焊接保護
在芯片與基板通過焊料連接的過程中，需在高溫環境下進行，此時芯片金屬表面極易氧化，導致虛焊或連接強度下降。通入適當比例的氮氫混合氣體，可形成局部還原性氣氛，抑制氧化并提高焊點浸潤性，從而顯著提升焊接良率與器件可靠性。
退火工藝
封裝過程中的退火處理用于釋放晶圓內部應力、穩定金屬薄膜結構。氮氫混合氣在此過程中既作為保護氣氛防止二次氧化，也借助氫氣的還原能力進一步清除殘留氧化物，提升界面質量。
化學氣相沉積（CVD）
在某些介質層或鈍化層的化學氣相沉積工藝中，氮氫混合氣可作為反應氣源或載氣。通過調控氫氮比例，可影響成膜速率、結構與成分，從而制備出如氮化硅等高品質薄膜。
表面處理與清洗
在封裝前道工序中，晶圓或芯片表面可能吸附有機物、微粒或自然氧化層，使用含氫的混合氣體可實施還原性清洗，恢復金屬表面活性，提高后續工藝的兼容性。
展開 混合氣體通過濾芯模擬
有沒能做油氣混合氣體通過濾芯，想要看濾芯對油的過濾作用，或者得到濾芯的壽命。
FireEx winvevtV4.0防爆設備灰塵氣體和混合物計算
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HTRI.Xchanger.Suite.V6.00SP3中文版 換熱器計算軟件,支持WIN7 X64
軟件Delcam_Crispin_Engineer_2014_R1_SP1\
Cadence INCISIV 14.10.014 Linux版
Elevate_601電梯設計軟件
CADMeister.v6.1-ISO 1DVD中文版，沖模設計軟件
Landmark StressCheck 2000.1.rar
Bentley.PULS.XM.V8.9.0.28 數字管道脈動分析
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Visual Vessel Design 2015 1CD(視覺容器設計
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SprutCAM.v9.0 1CD
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PVTsim v20.0-ISO 1CD多用途PVT模擬軟件
Lectra.DesignConcept.3D.v3R1c.Multilanguage-ISO 2CD軟裝飾設計軟件
IAR.Embedded.Workbench.for.PIC18.V2.12A
展開 
管道中混合氣體的傳輸流動模擬 ￥800
基于COMSOL軟件的多物理場耦合分析模塊，模擬了三種混合氣體在管道中的運動分布過程，模擬結果如圖2所示。
圖 1 幾何模型
溫度場分布
速度場分布
氣體濃度分布
圖2 數值模擬結果
感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作
光氧活性炭一體機應用于有機廢氣異味的處理
光氧活性炭一體機集合了光氧和活性炭的長處組合而成，是一款能有用處理有毒有害氣體及惡臭氣體的一款環保設備。光氧活性炭一體機是UV光氧凈化器+活性炭箱兩種設備的完美結合，利用UV光氧凈化器的紫外線光和活性炭吸附箱的吸附效果相結合，對工業廢氣進行協同凈化處理。
二、工作原理
UV光氧催化設備徹底分化的工業VOCs有機廢氣再進入活性炭吸附箱內部，眾所周知活性炭具有很強的吸附才能，能將有機廢氣牢牢的吸附在活性炭外表。因為活性炭外表存在著未平衡和未飽滿的分子引力或化學鍵力，因而活性炭與氣體接觸時，就能吸引氣體分子，使其濃聚并保持在固體外表，廢氣中的污染物被吸附在固體外表上，使其與氣體混合物別離，到達凈化目的。正藍環保的活性炭吸附箱選用蜂窩狀的活性炭，具有較大的比外表積，廢氣吸附效果好，并且還具有較好的通透性。
活性炭光氧一體機廢氣處理設備，活性炭吸附箱當廢氣由風機提供動力，負壓進入吸附箱后進入活性炭吸附層，由于活性炭吸附劑的表面上存在著未平衡和未飽和分子引力或化學健力，因此當活性炭吸附劑的表面與氣體接觸時，就能吸引氣體分子，使其濃聚并保持在活性炭表面，此現象稱為吸附。利用活性炭吸附劑表面的吸附能力使廢氣與大表面的多孔性活性炭吸附劑相接觸，廢氣中的污染物被吸附在活性炭表面上，使其與氣體混合物分離，凈化后的氣體高空排放。
四、特點
光氧活性炭一體機是一款成套的廢氣處理設備。光氧活性炭一體機集合了光氧和活性炭的優點組合而成，是一款能有效處理有毒有害氣體及惡臭氣體的一款環保設備。光氧活性炭一體機是UV光氧凈化器 活性炭箱兩種設備的完美結合，利用UV光氧凈化器的紫外線光和活性炭吸附箱的吸附作用相結合，對工業廢氣進行協同凈化處理。光氧活性炭一體機具有節能高效、占地小，自重輕、節省人工和物力、無任何機械動作，無噪音等特點。
展開 高速響應熱導式氣體傳感器XEN-5320-HP在厭氧培養箱中的應用
所以，厭氧培養箱箱中推薦采用荷蘭Xensor 高速響應熱導式氣體傳感器 XEN-5320-HP。
荷蘭Xensor 高速響應熱導式氣體傳感器不銹鋼螺紋型 XEN-5320-HP工作原理: XEN-5320通過測定微型機械加熱元件的溫度提升確定氣體組分。對于各二元氣體混合，升高溫度與加熱功率比取決于氣體混合比。為獲得更佳精度，傳感器已做環境溫濕度修正。偏置、測量及修正通過應用XEN-TCG3880熱導傳感器和溫濕度傳感器輸出的ASIC執行，此ASIC由Xenser設計。 非常適合醫療、R&D和工業環境中，氫氣H2、氦氣He、二氧化碳CO2、氮氣N2及甲烷CH4氣體混合的監控和泄露檢測。
XEN-5320-HP關鍵性能參數
展開 熱導式氫氣傳感器在氧中氫分析儀中的應用
氧中氫分析儀的核心作用
防爆風險控制：電解水過程中，若氧氣側混入過量氫氣（通常超過4%體積濃度），可能形成爆炸性混合物。氧中氫分析儀能夠實時監測氫氣濃度，及時發出警報或觸發聯鎖停機機制，從而有效預防安全事故的發生。
膜故障檢測：質子交換膜（PEM）或隔膜破損會導致氫氣和氧氣互竄，增加安全隱患。通過使用氧中氫傳感器，可以快速識別此類故障，避免危險氣體混合。
工藝優化與效率提升
氧氣純度驗證：高效的電解過程要求氧氣純度≥99.5%。氫氣雜質過高可能指示電解效率下降，需調整操作參數以優化系統性能。
能效分析：監測氫氣泄漏有助于評估電解槽的電流效率，并據此優化能耗。
技術選型要點
傳感器類型：電化學傳感器適合短期使用，而熱導式傳感器則以其高穩定性和長期運行能力著稱。
量程與精度：典型的測量范圍為0-2% H?，分辨率需達到0.01%，以確保安全閾值監測的準確性。
環境適應性：考慮到電解槽出口氣體常含飽和水蒸氣，需配備氣體預處理裝置（如冷卻、除濕）。
荷蘭Xensor的XEN-5320高速響應熱導式氣體傳感器具有系統啟動時間短0.3 s、響應時間快（t90響應時間< 3 s）、測量范圍寬等特點，能夠精確測量100ppm至100%范圍內的氫氣濃度，準確度 1%FS.適用于醫療、研發和工業環境中的氫氣監控和泄露檢測。XEN-5320通過測定微型機械加熱元件的溫度提升確定氣體組分。對于各二元氣體混合，升高溫度與加熱功率比取決于氣體混合比。為獲得更佳精度，傳感器已做環境溫濕度修正。偏置、測量及修正通過應用XEN-TCG3880熱導傳感器和溫濕度傳感器輸出的ASIC執行，此ASIC由Xenser設計。
展開 什么是阻火器呢？
在以上阻火器選用涉及的參數中,工況簡單的可以根據工藝直接確定，而實際工程設計中工況都比較復雜,介質通常為氣體混合物,燃燒工況也復雜多樣,因此,阻火器的選用需要慎重考慮。這里僅介紹兩種影響因素：
1.介質類型：
GB 50058《爆炸危險環境電力裝置設計規范》第3.4.1中規定:爆炸性氣體混合物應按其最大試驗安全間隙(MESG)或最小點燃電流比(MICR)分級。通常，阻火器選用過程中對介質類型的確定一般按照介質MESG值來劃分。根據GB 3836.11《爆炸性環境用防爆電氣設備第11部分:由隔爆外殼“d”保護的設備》，在標準規定的試驗條件下，空腔內所有濃度的被試驗氣體或蒸汽與空氣的混合物點燃后，通過25mm長的火焰通路均不能點燃外部爆炸性混合物的內空腔兩部分之間的最大間隙。不同的氣體介質有不同的MESG值，EN ISO16852《阻火器性能要求、測試方法和使用限制》將爆炸性氣體混合物按其MESG值劃分為ⅡA1、IA、IB1、IB2、IB3、ⅡB、ⅡC等7個爆炸等級1，見表1。
表1 爆炸級別與氣體混合物MESG值對照
不同爆炸級別的介質危險程度不同,對應的阻火器產品也不同。氣體介質的MESG值越小,相應阻火器的使用工況越嚴苛,阻火器設計難度和成本越高。因此,在阻火器選型之前,確認氣體介質的MESG值尤為重要。
展開 什么是阻火器呢？
在以上阻火器選用涉及的參數中,工況簡單的可以根據工藝直接確定，而實際工程設計中工況都比較復雜,介質通常為氣體混合物,燃燒工況也復雜多樣,因此,阻火器的選用需要慎重考慮。這里僅介紹兩種影響因素：
1.介質類型：
GB 50058《爆炸危險環境電力裝置設計規范》第3.4.1中規定:爆炸性氣體混合物應按其最大試驗安全間隙(MESG)或最小點燃電流比(MICR)分級。通常，阻火器選用過程中對介質類型的確定一般按照介質MESG值來劃分。根據GB 3836.11《爆炸性環境用防爆電氣設備第11部分:由隔爆外殼“d”保護的設備》，在標準規定的試驗條件下，空腔內所有濃度的被試驗氣體或蒸汽與空氣的混合物點燃后，通過25mm長的火焰通路均不能點燃外部爆炸性混合物的內空腔兩部分之間的最大間隙。不同的氣體介質有不同的MESG值，EN ISO16852《阻火器性能要求、測試方法和使用限制》將爆炸性氣體混合物按其MESG值劃分為ⅡA1、IA、IB1、IB2、IB3、ⅡB、ⅡC等7個爆炸等級1，見表1。
表1 爆炸級別與氣體混合物MESG值對照
不同爆炸級別的介質危險程度不同,對應的阻火器產品也不同。氣體介質的MESG值越小,相應阻火器的使用工況越嚴苛,阻火器設計難度和成本越高。因此,在阻火器選型之前,確認氣體介質的MESG值尤為重要。
2.燃燒工況：
在管道足夠長且燃燒足夠快的條件下，火焰會依次經歷爆燃、不穩定爆轟、穩定爆轟等幾個燃燒階段(圖3)。
展開 阻火器的原理、分類及選型
在以上阻火器選用涉及的參數中,工況簡單的可以根據工藝直接確定，而實際工程設計中工況都比較復雜,介質通常為氣體混合物,燃燒工況也復雜多樣,因此,阻火器的選用需要慎重考慮。這里僅介紹兩種影響因素：
1.介質類型：GB 50058《爆炸危險環境電力裝置設計規范》第3.4.1中規定:爆炸性氣體混合物應按其最大試驗安全間隙(MESG)或最小點燃電流比(MICR)分級。通常，阻火器選用過程中對介質類型的確定一般按照介質MESG值來劃分。根據GB 3836.11《爆炸性環境用防爆電氣設備第11部分:由隔爆外殼“d”保護的設備》，在標準規定的試驗條件下，空腔內所有濃度的被試驗氣體或蒸汽與空氣的混合物點燃后，通過25mm長的火焰通路均不能點燃外部爆炸性混合物的內空腔兩部分之間的最大間隙。不同的氣體介質有不同的MESG值，EN ISO16852《阻火器性能要求、測試方法和使用限制》將爆炸性氣體混合物按其MESG值劃分為ⅡA1、IA、IB1、IB2、IB3、ⅡB、ⅡC等7個爆炸等級1，見表1。
表1 爆炸級別與氣體混合物MESG值對照
不同爆炸級別的介質危險程度不同,對應的阻火器產品也不同。氣體介質的MESG值越小,相應阻火器的使用工況越嚴苛,阻火器設計難度和成本越高。因此,在阻火器選型之前,確認氣體介質的MESG值尤為重要。
2.燃燒工況：在管道足夠長且燃燒足夠快的條件下，火焰會依次經歷爆燃、不穩定爆轟、穩定爆轟等幾個燃燒階段(圖3)。
展開 
【培訓通知】關于遠算科技聯合上海交通大學共同舉辦code_saturne 熱工水力及核電領域應用專題培訓通知
第二天
code_saturne 軟件介紹：
? 基于征狀識別和排序表（PIRT）的仿真軟件VVUQ方法論介紹
?
code_saturne
用戶子程序的功能和編寫方法介紹
練習2：三維管內的冷熱混合分層流動模擬（PIRT方法實踐）- 掌握使用SALOME_CFD進行復雜網格生成，變密度流場設置，以及進行三維瞬態流場和傳熱過程計算及后處理的方法。
code_saturne 混合氣體流動仿真指導：
? 混合氣體流動問題的基本假設和控制方程簡述
?
采用
code_saturne
的混合氣體模塊進行仿真計算的設置方法詳解
練習3：國際標準題PANDA（豎直空氣射流對氦氣層侵蝕行為影響） - 掌握采用code_saturne中的混合氣體模塊模擬三種氣體混合流動過程的計算及后處理的方法。
第三天
code_saturne 混合氣體冷凝仿真指導：
? 簡述混合氣體冷凝問題的基本假和模型簡述
?
詳解采用
code_saturne
的壁面冷凝模型進行仿真計算的設置方法
練習3（續）：國際標準題PANDA（豎直空氣射流對氦氣層侵蝕行為影響） - 掌握采用code_saturne中的混合氣體模塊模擬三種氣體混合流動過程的計算及后處理的方法。
展開 干式過濾器的原理及結構
由于固體表面上存在著未平衡飽和的分子力或化學鍵力，因此當此固體表面與氣體接觸時，可以吸引氣體分子，使其濃集并保持在固體表面。這種現象叫做吸附現象。本產品工藝所采用的玻璃纖維吸附法就是利用固體表面的這種性質，當廢氣與表面的玻璃纖維接觸，廢氣中的污染物吸附在玻璃纖維表面，從而與氣體混合物分離，達到凈化的目的。
組成部分
第一層過濾是初效過濾，它主要起過濾空氣中較大顆粒粉塵雜質的作用。
后面幾層過濾是精過濾，得到全面過濾的空氣均勻擴散，形成層流狀態，達到最佳過濾的效果。
廢氣中的污染物被吸附在活性炭固體表面，從而與氣體混合物分離，達到凈化的目的，并且符合國家的環保標準。該產品具有無二次污染、產品結構獨特凈化效率高、純物理原理不消耗能源的特點，是真正的環保產品。
展開 動態氣體校準儀中的氣體流量控制方案
動態氣體校準儀是一種高精度動態混配氣儀，用于產生不同濃度的標準氣體，用于校準各種氣體分析儀，由流量控制系統、氣路控制系統和計算機控制系統組成。與傳統的校準的方式相比，動態氣體校準儀實現了自動化操作，序列化操作，節省了時間和標氣，減少工作量。具備質量流量控制器的流量校準功能，序列設置功能，支持與分析儀器聯動實現自動校準。廣泛應用于各種氣體檢測儀器的校準，如可燃氣體探測器、氫氣探測器、氧氣探測器等。
動態氣體校準儀采用了氣體動態混合技術，利用多個氣體進行混合，形成具有特定氣體濃度的混合氣體，再通過調節混合比例來達到所需的氣體濃度。校準過程中，動態氣體校準儀會將混合氣體注入待校準的氣體檢測儀器中，通過比較檢測儀器的響應結果來實現精確校準。
校準過程中，動態氣體校準儀能夠輸出高精度、穩定的混合氣體，使得氣體檢測儀器的準確性和穩定性得到了提高。對于校準氣體流量掌控在進行校定時，確保動態氣體校準儀的流量掌控設備正常工作。依據校準要求和儀器規格，設置適當的氣體流量，以確保準確的校準結果。可采用工采網的一款美國Siargo氣體質量流量控制器小體積高性能- MFC4000。
美國Siargo氣體質量流量控制器小體積高性能- MFC4000系列可用于非腐蝕性氣體流量控制，涵蓋質量流量50mLn/min~ 1000mL n/min,可提供0~ 5VDC或4~ 20mA模擬信號控制，或RS485Modbus數字信號控制。控制范圍可達100.1,可工作在為0. 1-0 8MPa.0-55C,機械接QUNF 10-32內螺紋或雙卡表中3，并可定制其他機械接口。
技術方面MFC4000質量流量控制器采用本公司專有的MEMS流量傳感芯片,集成了時域流量傳感技術和智能電子技術。
展開 【CAE案例】空氣噴泉實驗中氣體分層破壞現象的數值研究
基于氫氣在安全殼內行為的研究，本研究旨在使用基于CFD通用仿真軟件研究在安全殼頂部存在垂直氣體噴泉時出現的氣體分層破裂現象。計算結果不僅分析了安全殼內氣體的流場和密度分布，而且還研究了CFD通用仿真軟件在計算多組分氣體流量中的準確性。
02 方法介紹
1. 實驗裝置
圖1實驗裝置
本實驗的裝置為高度為1.29m、底部為邊長為0.92m的正方形透明容器，如圖1所示。在底部的中心有一個直徑為0.02m的垂直進風口，在靠近盒子底部的壁面上有一個0.06m高的開口作為出口。
2. 幾何模型
幾何模型使用了實驗裝置的縮小尺寸以節省計算資源：邊長減半，面積1/4，體積1/8。在入口邊界上的單元設置源項，由于氦氣與氫氣密度基本相同且更安全，因此使用氦氣模擬氫氣。通過用戶自定義函數添加初始氦氣質量分數方程（總質量方程守恒）：
根據實驗結果，將不同空氣注入速度引起的分層破壞效應分為三個狀態。當速度較小時，氣體混合物中分子擴散占主導地位。隨著速度的增加，浮力在氣體混合中占主導地位，分層區向上推進（Fr<1）。如果速度持續增加，注入的空氣將到達頂部，并將直接打破分層帶（Fr=2）。在這種情況下，動量在氣體的混合物中占主導地位。模型計算選擇的Fr數最終為1.09，目的是為了驗證CFD通用仿真軟件模擬三種影響分層的主導因素（自由擴散、浮力和動量）下的能力。
03 案例分析
主要研究目的是氣體分層后空氣噴泉對分層破壞的影響，所以選擇氦氣停止注入的時刻（t=300s）作為模擬的起始時間點。
1. 分子擴散狀態：無空氣注入
在無空氣注入的情況下，容器內不同高度（z方向，單位m）的氣體密度（相對密度，無量綱化，縱坐標值越大說明氦氣含量越高）隨時間變化過程：
結果表明，接近頂部的三個位置的結果與實驗數據吻合較好。
展開 