蒸發液滴的案例
多物理場耦合下的液滴蒸發收縮模擬 ￥1500
本案例基于流場、熱場、動網格、濃度場、電場以及邊界方程描述等多個物理場，數值仿真了液滴蒸發時內部流場變化以及收縮變形過程，仿真結果如圖所示：
液滴蒸發fluent模擬
Fluent(axi, dp, pbns, eulerian, spe, lam, transient) 傳熱模型: constant-htc: 10000 傳質模型: species-mass-transfer, Mass Transfer Coefficient: From Phase: 0.05, To Phase: 0.5 從Youtube上看到的一個案例，自己試了試復現了下，用的fluent蒸發冷凝模型
使用LES模型和RANS模型對噴霧進行模擬對比
建立的兩個計算模型除了使用湍流模型不一樣外，其它如噴霧破碎、湍流擴散、液滴蒸發、液滴碰撞和噴霧碰壁等模型都設置一樣，網格設置也相同，最大網格數可達1000萬。
材料訊丨國產1000千瓦級發動：實現100%運轉；納米棒復合催化劑用于尿素電解高效堿性水解產氫
Small methods：蒸發誘導液滴自組裝精確構筑微結構
近期，香港大學機械工程系王立秋教授研究組和深圳大學孔湉湉博士研究組提出了以微流控液滴為模板，利用乳液蒸發方法促進液滴自組裝實現大面積高精度微米結構的制備。結構調控通過雙重機制完成：1）蒸發誘導微液滴自組裝，在宏觀尺度上形成高度有序的液滴陣列；2）自組裝完成后，微液滴受力變形可在微米尺度上進一步精確調控微結構的類型和尺寸。研究者揭示了自組裝過程的調控機制，并根據液滴數量和變形程度，構建理論模型，精確描述了不同的結構類型和微觀尺寸特征。該制備方法可拓展至雙重乳液和Pickering乳液等，實現微結構的復雜化和功能化，例如在多孔結構中鑲嵌微顆粒、制備微納層次結構等。通過控制表面結構可實現固體表面潤濕特性的調控，如超疏水、空氣中親油/疏油、水下超疏油和液體灌注的超滑表面的設計與制備等。
該方法充分利用了微流控技術在微米尺度上精確控制液滴尺寸、結構、組分的能力，并通過乳液蒸發法在微觀和宏觀尺度上同時實現結構的精確控制。進一步豐富液滴模板的多樣性，有望在不同尺度上構筑結構和性能高度可控的新型功能材料。
一種通用氣泡模板衍生法制備石墨烯多空材料
最近，清華大學材料學院朱宏偉教授團隊和中國航發北京航空材料研究院何利民研究員合作在Advanced Functional Materials上發表文章，提出了一種在氣-液界面組裝制備石墨烯多孔材料的通用方法，該文也入選了該期的內封底。利用表面活性劑泡沫團聚體為模板，控制氧化石墨烯和氣泡混合液的穩定，冷凍干燥進行結構固定，后續高溫處理可同時還原氧化石墨烯和去除表面活性劑，得到三維石墨烯海綿。另外，將泡沫團聚體與刮涂制膜相結合，可制備大面積獨立自支撐的二維石墨烯多孔膜。
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聚焦航發核心需求！國產流體仿真技術為中國航空推進技術大會添彩
高精度霧化模型
更值得關注的是，該解決方案通過 Euler-Lagrange 耦合方法，實現了噴霧液滴蒸發與氣相湍流燃燒的無縫銜接：以 Lagrange 方法求解噴霧軌跡與液滴蒸發過程，結合蒸發模型計算液滴質量損失；以 Euler 方法求解氣相流場，采用高精度湍流模型與復雜化學反應動力學模塊，精準描述湍流與燃燒的相互作用。針對燃燒不穩定性問題，軟件可通過 LES 方法獲取火焰傳遞函數，分析熱釋放對燃燒室聲壓分布、特征頻率的影響，為燃燒室結構優化與燃燒模式調整提供定量依據。
旋流噴嘴霧化
覆蓋壓氣機全工況，多物理場耦合仿真保障運行可靠性
壓氣機主要負責將空氣壓縮后送入燃燒室，其性能直接影響發動機的整體效率與穩定性。在實際飛行中，壓氣機面臨前置噴水冷卻、吞沙、吸雨吸雹等復雜工況，易引發葉片腐蝕、沖蝕、效率下降等問題。積鼎科技針對壓氣機多工況下的性能挑戰，構建了多物理場耦合的仿真解決方案，涵蓋前置噴水冷卻、發動機吞沙、吸雨吸雹三大核心場景，為壓氣機設計與可靠性提升提供關鍵技術支撐。
在前置噴水冷卻仿真中，VirtualFlow 軟件基于歐拉 - 拉格朗日方法，完整模擬冷卻介質從噴口到壓氣機葉片的運動全過程，重點考慮液滴與葉片的相互作用及相變傳熱過程。通過液膜模型，結合液膜速度方程與平均速度方程，可精準分析液膜在葉片表面的流動與傳熱規律，為冷卻系統參數優化提供依據，有效提升壓氣機冷卻效率，避免葉片過熱損壞。
針對發動機吞沙工況，軟件采用 DPM解決方案，實現沙塵顆粒運動與壓氣機氣動的雙向耦合計算。通過歐拉 - 拉格朗日方法，追蹤不同粒徑、密度沙塵顆粒的軌跡與數量，結合沖蝕半經驗公式，綜合顆粒物性、沖擊速度、入射角等因素，計算沙塵對葉片的沖蝕程度。
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【單號5332】
預算范圍：1000
使用軟件： fluent star-ccm+ comsol
需求描述：焊接 增材 金屬熔凝模擬 能夠實現在添加焊絲等材料下觀察表面熔凝傳熱
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【單號5326】
預算范圍：1000-5000
使用軟件：openfoam
需求描述：提供完整的液滴蒸發模型方程，利用openfoam軟件計算液滴蒸發，只需要根據方程編代碼即可
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展開 【4月2日項目懸賞】
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【單號5332】
預算范圍：1000
使用軟件： fluent star-ccm+ comsol
需求描述：焊接 增材 金屬熔凝模擬 能夠實現在添加焊絲等材料下觀察表面熔凝傳熱
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【單號5326】
預算范圍：1000-5000
使用軟件：openfoam
需求描述：提供完整的液滴蒸發模型方程，利用openfoam軟件計算液滴蒸發，只需要根據方程編代碼即可
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【單號5311】
預算范圍：1500
使用軟件：Fluent
需求描述：一根50cmX8cm的管道，里面充滿氫氣和空氣預混氣體，氫氣體積濃度29.6（化學當量比濃度），管道一端點火，用非穩態模型模擬隨時間變化管道內的火焰發展情況，實驗結果如圖所示。（請點擊“立即搶單”查看圖片）
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【單號5302】
預算范圍：500
使用軟件：Ansys
需求描述：尋求文獻資料中的仿真在Workbench界面操作；資料見附件。（請點擊“立即搶單”查看附件）
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展開 空間液滴操控及顆粒沉積研究取得重要進展
在過去的二十年里，液滴蒸發中的微流動和顆粒沉積引起了科學家極大的研究興趣，這既因為蒸發過程中蘊含著豐富的物理學現象，例如常見的“咖啡環效應”，又由于其在綠色印刷、微納器件制備、疾病診斷等領域展現出廣闊的應用前景。同時，作為人體體液等復雜體系的一種簡單模型，研究膠體液滴的操控、蒸發及顆粒沉積，可為未來空間探索任務中的復雜流體管理、資源再生與利用、宇航員生理狀況監測等提供理論指導和技術支持。然而，蒸發中的膠體液滴是一個高度非平衡體系，存在復雜的傳熱傳質和能量交換過程，顆粒沉積理論仍不完善，這大大限制了其應用。
近期，中科院力學所微重力重點實驗室王育人團隊針對空間中膠體液滴操控及液滴內顆粒沉積動力學的研究取得重要進展。一是基于實踐十號（SJ-10）衛星提供的高水平微重力實驗平臺，集成表面浸潤性修飾、復雜流體均勻分散等多項關鍵技術，發展了一套空間復雜流體管理系統，成功實現了膠體液滴在太空的生成和操控。相關結果發表在Langmuir (W. Li, H. Sun, D. Lan, and Y. Wang, 2018, DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b00219)及Microgravity Sci. Technol. (W. Li, D. Lan, Z. Sun, B. Geng, X. Wang, W. Tian, G. Zhai and Y. Wang, 2016, DOI: 10.1007/s12217-016-9497-6)上，并授權多項國家發明專利。二是首次在咖啡環內部發現了二維網絡狀圖案，提出去浸潤和顆粒組裝之間的相互耦合機制是決定沉積結構的主要原因。通過進一步研究，發現重力沉降、氣液界面收縮及毛細補償流在蒸發不同階段的相互協同和競爭共同影響了顆粒的聚集狀態，提出了正置和倒置液滴中顆粒運動的追擊和相遇機制。
展開 【3月21日項目懸賞】
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【單號5332】
預算范圍：1000
使用軟件： fluent star-ccm+ comsol
需求描述：焊接 增材 金屬熔凝模擬 能夠實現在添加焊絲等材料下觀察表面熔凝傳熱
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【單號5326】
預算范圍：1000-5000
使用軟件：openfoam
需求描述：提供完整的液滴蒸發模型方程，利用openfoam軟件計算液滴蒸發，只需要根據方程編代碼即可
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【單號5311】
預算范圍：1500
使用軟件：Fluent
需求描述：一根50cmX8cm的管道，里面充滿氫氣和空氣預混氣體，氫氣體積濃度29.6（化學當量比濃度），管道一端點火，用非穩態模型模擬隨時間變化管道內的火焰發展情況，實驗結果如圖所示。（查看圖片請點擊“立即搶單”）
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展開 基于GROMACS的納米水滴蒸發分子模擬
圖2 納米水滴常溫平衡模擬
對常溫平衡后的納米水球進行450 K高溫下的蒸發模擬（圖三），可以看到，隨著模擬的進行，大的水球逐漸被分裂為一個個小的水團簇，說明水的蒸發過程正在進行。
圖3 納米水滴高溫蒸發模擬
我們可以進一步使用clustsize命令分析軌跡，統計軌跡中原子或分子團簇出現的情況。默認情況下，只要原子間距離小于3.5埃（數值可以用-cut設定），就被認為處于同一個簇中。如圖4所示，隨著初始水球的逐漸蒸發，最大的簇中所含的分子數逐漸減小。
圖4 最大的簇所含分子數隨時間的變化
四、納米水滴蒸發的模擬應用
納米材料的制備與應用：納米水滴的蒸發過程在納米材料的制備中起著關鍵作用。例如，納米粒子在液滴蒸發過程中凝聚，可以形成薄膜或納米結構。因此，研究納米水滴的蒸發行為對于設計和控制納米粒子的合成過程至關重要。
涂層技術與微納尺度設備：納米水滴蒸發在涂層技術中具有廣泛的應用，尤其是在液滴印刷技術、表面涂層等領域。通過模擬不同條件下的蒸發過程，研究人員可以預測并優化涂層的質量和均勻性。
熱傳導與界面現象研究：納米尺度下的水滴蒸發過程與熱傳導、氣液界面的相互作用密切相關。通過分子模擬，可以深入了解熱傳導的微觀機制及其對蒸發速率的影響，為開發高效的熱管理系統提供理論依據。
最后，如果您對于該案例感興趣，歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡，獲取完整的案例支持與個性化定制解決方案！
展開 十七、DPM模型參數設置詳解
</strong><span style="color: rgb(0, 0, 0);">顆?？梢允艿絺鳠醾髻|的影響，但相應的變化(如蒸發液滴的蒸汽)不會影響溶液的流動。</span></p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZy91apGuzW6kq9K8YsyOIrsJ3ibMicHgb7YCnllibgESvNfou91qL3fmwQXtJ6tqDWAiapMrbWVQ618v2g/640?wx_fmt=png"></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">耦合：</span><strong style="color: rgb(0, 0, 0);">當勾選Interaction選項，顆粒會影響流體的流動，如當曳力作用于粒子時，存在的動量交換會改變流體的流動，這些影響作為DPM SOURCE傳遞到連續相。</strong><span style="color: rgb(0, 0, 0);">一般情況下，如果我們考慮粒子受力情況，我們的工況都應該是考慮到雙向耦合的。</span></p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZy91apGuzW6kq9K8YsyOIrsJKnQ5SyYZCe8AvjAyrbFicRvDZ7k8tMk7uPM6kdEDUORBRYibxXs2fBibA/640?
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某窯頭篦冷機噴水系統濕底的模擬分析 ￥20
某窯頭篦冷機在余熱鍋爐停噴水降溫時，篦床上料層被冷卻水打濕并結塊如圖1，經過對現場的篦冷機管道及水冷噴槍的布置位置進行分析，可以看出2500T/D窯中12把噴槍的間距較小如圖2：
圖1 圖2
根據篦冷機噴水系統的溫度控制系統（煙氣在195℃以上開始噴水降溫，噴槍水量根據除塵器入口煙氣溫度可調），由于噴槍距離料層的高度小，水霧很難迅速蒸發，且噴槍之間間距小，小水滴容易聚合成為大水滴，在煙氣的攜帶下向篦冷機袋除塵器管道的進口靠近，并打濕管道口處的料層。
根據情況進行流場分析的關注點為：液滴軌跡與蒸發效率：分析水滴在高溫氣流中的運動軌跡、穿透深度以及完全蒸發所需的時間和距離。優化噴槍位置和角度，避免水滴未完全蒸發就撞擊到壁面或篦床，造成腐蝕、結塊或設備損壞。氣流組織分析：研究噴水后對篦冷機內部整體流場的影響，包括可能因蒸發吸熱和液滴阻力產生的渦流、回流區等。
本次模擬事例為在不同噴槍霧化霧滴粒徑的情況下，分析霧滴的蒸發效果包括霧滴的擴散效果和蒸發路徑。另外同時分析在更改噴槍位置后，霧滴的蒸發效果包括霧滴的擴散效果和蒸發路徑。
一、計算模型
篦冷機料層上部的煙氣流速取為2m/s，溫度300℃。
噴槍的位置按上圖在篦冷機頂板上近似選取。
噴槍的霧化粒徑分別取150um（噴槍正常工作）以及液滴聚合成大液滴（450um、1000um）進行計算。
噴槍出口速度40m/s，霧化角90°。
二、計算結果及分析
2.1霧化粒徑150um
噴槍示意
展開 高速懸浮火焰噴涂（HVSFS）燃燒噴射技術的數值模擬與優化
主要困難在于乙醇從液體到氣體的相變，相變必須在第一步中完成乙醇從分散液滴向連續氣體的傳質模擬。這是將燃燒模擬為擴散火焰的先決條件。
使用液體蒸發模型來模擬乙醇液滴的蒸發，所述液體蒸發模型結合了往返于(液體)顆粒的熱和質量傳遞以及連續氣相處于高于顆粒的溫度的前提。該模型使用兩個傳質關聯式，這取決于液滴是高于還是低于沸點。通過Antoine方程確定，由下式給出：
其中，A (7.5K), B (1741 K) and C (238.1K)是本用戶提供的用于本研究的乙醇系數。如果蒸汽壓力（Pvap）大于氣相壓力P，則顆粒沸騰。
乙醇的沸點約為351.6K，HVSFS燃燒室中的溫度范圍T在3200 K以內。因此，從連續氣體到乙醇液滴的質量轉移由對流熱傳遞Qc決定：
在該方程中，mp是乙醇液滴的質量，V是乙醇汽化時隨溫度變化的潛熱。
針對乙醇擴散燃燒過程，有不同的模型和方法，這些方法中還對模型和方法的精度進行了測試和比較。此外，ANSYS CFX 11中使用了Arrhenius形式對非預混烴燃料氧化進行預測，本文利用FORTRAN子程序對Arrhenius格式的有限速率化學模型進行了修正，用于乙醇燃燒的模擬和計算。
2.3 HVSFS過程的守恒和傳輸方程
HVSFS熱噴涂過程是一種非均勻多相流動過程，其中連續氣體動力學和顆粒（乙醇液滴和二氧化鈦粉末）動力學相互耦合。在整個HVSFS熱噴涂過程中，懸浮體中的固體顆粒(二氧化鈦)負載約為10%并且通常小于4%，因此，通常進行單向耦合的假設 。在這種假設下，粒子的存在對氣體動力學的影響是可以忽略的，而粒子的速度和溫度可以根據兩相動量和傳熱方程來確定。然而，由于HVSFS torch蒸發過程中乙醇的假定冷卻效應，對連續氣體與分散乙醇液滴之間的能量和質量傳遞進行了雙向耦合假設。
展開 高速懸浮火焰噴涂（HVSFS）燃燒噴射技術的數值模擬與優化
這些包括第三相(液體)的存在，其在噴qiang中的蒸發和燃燒，包括冷卻效應，以及所得顆粒形態(團聚)與常規HVOF方法不同。在該過程中，懸浮液和顆粒的化學、熱、熱物理和形態狀態最終決定了涂層的微觀結構和宏觀性能。霧滴大小、噴射速度、溶液蒸發和初始燃燒位置、燃燒室和膨脹噴嘴中的火焰溫度和流速場等參數都對涂層結構和性能的最終結果有顯著影響。
關于HVSFS的熱物理和熱化學性質，在分析燃燒室中的過程時必須考慮以下現象：
- 燃料氣體(預混合氧/丙烷)的燃燒，
- 火焰(丙烷火焰)和懸浮液滴(有機溶劑和顆粒)之間的熱量、動量和質量傳遞，以及
- 懸浮有機溶劑的蒸發和燃燒（非預混乙醇燃燒）
本文以工業TopGun—G torch為例，對HVSFS過程的燃燒和氣體動力學現象進行了三維模擬和分析，其中包括乙醇蒸發的模擬和氣液、氣粒相互作用機理的分析。
用歐拉法求解氣體的熱場和流場，用拉格朗日法求解顆粒速度、溫度和熔化度。從氣體動力學的角度出發，在商用CFD軟件ANSYS CFX上求解雷諾方程和Favre average Navier-Stokes方程。由于燃燒室和噴嘴中的雷諾數較高，壓力梯度較大，為了考慮壁面摩擦和傳熱，采用考慮可壓縮湍流壁面函數的κ-ε湍流模型。采用反應速率受湍流混合速率限制的渦流耗散模型模擬預混燃燒(丙烷)期間發生的化學反應。在液體蒸發模型中使用Antoine方程假設，確定燃燒室中能量轉移期間的液滴特性(溫度、速度、直徑等)。液滴蒸發后，利用有限速率化學模型求解擴散燃燒（非預混合乙醇蒸氣）期間發生的化學反應速率。根據每個顆粒的韋伯和雷諾數，采用分散液滴的Blob法和分散固體的ETAP法對顆粒破裂進行模擬。
Blob方法是定義液滴噴射條件的最簡單和最流行的方法之一。
展開 多相流模型|DPM01基礎知識
Discrete Phase Model（DPM）是CFD中用于求解流體中顆粒運動問題，比如粉塵、液滴或氣泡。跟連續介質流體不同，這種離散相可以被單獨追蹤或成組追蹤
DPM中，需要定義兩種不同相，連續相跟顆粒相。兩相通過控制方程中的源相進行耦合。
DPM的物理模型
跟單相流一樣，連續相通過歐拉模型建模。拉格朗日模型用于追蹤顆粒相，并基于網格中流動的變量（速度 、密度等）調整顆粒的運動軌跡。
反過來，顆粒相也可以通過源項調整動量、溫度、組分等，影響連續相的流動。包括顆粒/液滴的蒸發。
計算中，顆粒被當移動的點質量，受到周圍流動、重力及其他顆粒引起的作用力。每個顆粒表征一個真實的顆粒或一組真實的顆粒群（取決于具體的應用）。
一般要求第二相的體積分數小于10%，才能夠使用DPM模型，且網格尺寸要大于顆粒直徑。由于未考慮顆粒體積變化及顆粒之間碰撞影響，因此會降低部分精度。
DPM模型的應用
以下是DPM模型常見的應用場景：
噴霧模擬：比如噴霧干燥和噴漆、噴油器特性；
顆粒追蹤：追蹤流動中顆粒的運動，例如沉積物運移、芯片中微管道顆粒運動，污染物擴散或者粉塵擴散等。
燃燒模擬：對燃料固體顆粒或者油滴建模。
Stokes數
Stokes數是流體力學中描述顆粒與流體相互作用的核心參數，其定義為顆粒弛豫時間與流體特征時間的比值：
中為顆粒弛豫時間（反映顆粒速度衰減至流體速度所需時間），
為流體特征時間（與流動的時空尺度相關），與系統的特征長度及特征速度有關，.
當遠小于1時，顆?？梢跃o跟著流體運動，此時，采用DPM、Mixture或歐拉都可以，取決于其他參數。
當大于1時，顆粒獨立于流體運動，DPM或者歐拉模型二選一。
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