液滴破碎
關注創建者：C乘風破浪 創建時間：2023-01-05
液滴破碎的實例教程
液滴破碎數值仿真 ￥800
<p>乳液由浸入另一種液體的小液滴組成，通常是水包油或油包水，在食品、化妝品及藥品的生產中有著廣泛應用。乳液的屬性和質量通常取決于液滴的大小和分布。本案例展示了在通道中的液滴分散破碎過程，仿真結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/6bf0fc26286b4ab697ff5956744eb5d6.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>未形成連續分散的液滴</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/63e4aebb4a6a4f71b0c931119f2b989f.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>形成了連續分散的液滴</strong></p><p><br></p><p>感興趣的朋友，可以下載模型源文件，歡迎交流</p><p><br></p><p><br></p>
展開 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 目前測量粒徑的方法
（1）接觸式
印痕法、石蠟法等
（2）非接觸式
激光散射技術
馬爾紋粒度儀
脈沖激光全息技術
新一代高效霧化進料噴嘴
一.霧化技術及原理
二.催化裂化進料噴嘴
三.新型噴嘴的開發
四.主要技術指標和特點
五.工業應用
1、霧化技術
液體霧化是指在外加能量作用下，液體在氣體環境中變成液霧或小液滴的過程。霧化原理主要可以分為以下幾類：（1）單相流霧化原理，（2）多相流霧化原理，（3）利用聲、電、機械能的霧化原理。
? 單相流霧化：霧化能量來源于液體本身的壓力能。如壓力霧化噴嘴和機械旋轉霧化噴嘴。
? 兩相流霧化：兩相流霧化有以下幾類：
–低壓鼓風霧化，利用大量而低速的氣體來實現霧化 ；
–氣體輔助霧化，利用少量而高速的氣體來實現霧化。
–氣泡霧化，在混合腔壓力下，氣體以氣泡的形式存在于液體之中，經噴口噴出時壓力突然降低，氣泡突然膨脹，使液體得到霧化。
? 其它能量來源的霧化：它們包括機械旋轉霧化，靜電霧化和超聲波霧化、哨聲霧化等。
在催化裂化過程中由于處理量大且原料油粘度較大，使用的均為兩相流霧化噴嘴。
2、液滴破碎形式
液體破碎的形式可大致可分為三類：即液滴的破碎、液柱的破碎和液膜的破碎。不論是單相流霧化還是多相流霧化，在同一霧化過程中這三種破碎類型往往同時存在，只不過在多相流霧化過程中，這些現象得到了強化。
3、霧化性能指標
?霧化粒徑 常用的有SMD粒徑
?霧化角
?液霧分布的均勻性
出口噴霧線速
兩相流霧化噴嘴
兩相流霧化噴嘴可分為內混式、外混式氣體輔助霧化和氣泡霧化。
展開 液滴破碎機理、流動、摻混、蒸發……fluent到現在都沒法直接模擬霧化顆粒細度。
三旋流頭部的套筒臺階高度，改一點點，排放性能就可能截然不同，你還找不出理論來解釋。
文章轉載自微信公眾號：FESIM有限元分析 歡迎關注
CFD-ACE+的突出特點包括：
網格
· 一般曲線坐標下的多塊結構化
· 一般非結構化(例如任意類型的單元包括六面體，四面體，笛卡爾，三棱柱， 八叉樹和多邊形單元)
· 任意網格界面
· 嵌套網格絲和嵌套顆粒簇
· 有滑移網格界面的移動，變形，旋轉網格
數值
· 所有PDE的隱式，強守恒形式
· 歐拉和Crank-Nicolson時間差分方法
· 迎風，中心，二階迎風，二階Limiter，三階和智能空間差分程序
· 不同物理域分別有有限體積（FVM）,有限元（FEM）和邊界元（BEM）求解器 (例如FEM用于應力，BEM用于靜電)
· 在多處理器機器和機群上基于MPI的并行處理(Beowulf)
ACE+ 多物理場:
湍流
o 標準k-ε模型
o RNG k-ε模型
o Kato-Lauder k-ε模型
o Chien低雷諾數k-ε模型
o k-ω模型
o 兩層k-ε模型
o Spalart-Allmaras
o 大渦模擬
噴霧動力學
o 多分散液滴或顆粒的拉格朗日處理
o 液滴阻力
o 液滴質量和能量傳遞(蒸發，凝結)
o 多組分液滴
o 液滴破碎和結合
流動模塊
· 基于壓力的有限體積方法(FVM) N-S方程求解器
· 所有流速和類型(不可壓－可壓，層流－湍流)
· 牛頓和非牛頓流體粘度選項
· 二維軸對稱幾何漩流模型
· 滑移壁面的稀薄氣體流動
· 幾個體積力(浮力，洛侖茲力)
· 二維軸對稱幾何的漩流模型
· 多孔介質和膜
· 氣蝕
· 薄壁
· 旋轉機械應用的混合平面
· 兩流體模型
自由表面(VOF)
o 求解兩種不互溶流體的流動和傳熱
o SLIC和PLIC表面重構
o 表面張力作用
傳熱模塊
· 傳導
· 共軛
展開 
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液滴破碎的最新內容
能夠與與群平衡模型結合考慮直徑的分布
‐ 剪切速率特性：許多晶體可能因暴露于高剪切區域而受損
‐ 預測懸浮速度
‐ 預測固體濃度分布(會影響反應/溶解速率)
‐ 傳質預測（溶出）
云圖高度
Ansys解決方案
嚙齒攪拌混合器
挑戰
‐ 量化物料混合:添加劑顆粒/液滴隨時間的擴散
‐ 量化物料混合:顆粒/液滴
氣固體系：氣固那面玩的和氣液/液液不太一樣（比如各種流化床，氣力輸送等），固體顆粒不同于氣泡或者液滴，一般不會破碎。但是交叉，團聚效應某些情況下非常明顯。同時，可能還需要加上點傳熱以及化學反應。dusty-gas那面還需要考慮激波問題，也很復雜。
其他的工業應用也有很多，比如稀薄氣體、噴霧、燃燒燙煙、大氣污染、石油管道輸運、這些文章都見過一些，但是并沒有詳細去研究過。
結果表明，隨Weber數增大，液滴破碎從剪切破碎逐漸轉變為爆炸式破碎方式，破碎產生的液滴尺寸有明顯的減小(圖5)。
2.1.3 粒子分散與分離模擬充分破碎的合金液滴在霧化爐內受到氣流曳力、慣性力、重力等合力的影響，以一定的速度矢量分散運動，并與介質氣流發生強烈的熱交換，快速凝固成粉末顆粒。
Particle Time Step Size：輸入0.0001
Number of Time Steps：輸入10
在Physical Models欄,勾選 Temperature Dependent Latent Heat 和Breakup
注：勾選Temperature Dependent Latent Heat ，表示考慮液滴溫度對潛熱的影響；勾選Breakup表示考慮液滴的破碎
霧化過程既包括了液體燃料的一次霧化（從連續流體破碎為液絲或大液滴的過程），又包括了液滴的二次霧化（大液滴液體破碎成大量小液滴的復雜過程）。液體霧化后，液滴尺寸小且不均勻，數量大又密集，其隨氣體運動，導致霧化規律實驗研究困難。至今，多種測試方法在液體霧化測試研究中得到應用，如印痕法[1]、熔蠟法[2]、動態電阻[3]等，這些方法繁瑣、準確率低，在實踐中受到限制。
本案例展示了在通道中的液滴分散破碎過程，仿真結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/6bf0fc26286b4ab697ff5956744eb5d6.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>未形成連續分散的液滴</strong
這里利用Field Function定義連續相water破碎為液滴的轉化判據。大液滴（VOF滴）和液帶通過VOF模型計算，液帶隨后分裂成液滴。只有小于指定轉化長度的球形VOF液相才會轉化為拉格朗日液滴。
為了更好的將進入下降管的液體破碎成液滴，并將液體的流動方向由垂直改變為斜向下，造成進一步的擴散，還可在泡帽下面增加破碎器。
在催化劑床層上面，采用分配盤是為了均布反應介質，改善其流動狀況，實現與催化劑的良好接觸，進而達到徑向和軸向的均勻分布。
接著在次級破碎過程中，系帶會進一步破碎成液滴。
在這個過程中，原料在坩堝中熔化，然后通過噴嘴噴射到高壓氣流（通常是氬氣或氮氣）中，熔融氣流破碎成液滴。氣體霧化產生的顆粒尺寸可以通過改變工藝參數來控制，例如氣體壓力、熔體特性、噴嘴設計和氣體金屬比。然而，由此產生的粉末對于增材制造工藝來說并不理想，需要更窄的粒度分布才能產生厚度一致的粉末層。
