霧化燃燒仿真的案例
國產流體仿真技術為中國航空推進技術大會添彩
積鼎科技攜航空發(fā)動機流體仿真解決方案精彩亮相，憑借在霧化燃燒、壓氣機多工況模擬、流固熱耦合、機械潤滑等核心領域的技術突破與實踐成果，吸引了眾多航發(fā)領域核心用戶的關注。
航空發(fā)動機被譽為 “工業(yè)皇冠上的明珠”，其內部涉及燃燒、傳熱、氣動等復雜且耦合的物理過程，對設計精度、性能穩(wěn)定性及可靠性有著極致要求。傳統(tǒng)依賴實體試驗的研發(fā)模式，不僅成本高昂、周期漫長，還難以深入洞察發(fā)動機內部流場細節(jié)，制約了技術創(chuàng)新效率。積鼎科技深耕CFD領域多年，自主研發(fā)的流體仿真軟件VirtualFlow和CFDPro，為航發(fā)研發(fā)提供從設計優(yōu)化、性能驗證到故障預判的全面技術支撐。
大涵道比民用航發(fā)
聚焦燃燒室痛點，高精度霧化燃燒仿真引領技術突破
燃燒室作為航空發(fā)動機的 “心臟”，其霧化燃燒效率直接決定發(fā)動機的推力、燃油經濟性與排放水平。積鼎科技針對燃燒室研發(fā)中的霧化效果差、燃燒不穩(wěn)定、壁溫控制難等痛點，打造了高精度、全流程的霧化燃燒仿真解決方案。
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高精度橫風霧化
VirtualFlow 軟件融合了多種先進數(shù)值方法，實現(xiàn)了從噴嘴內流場到燃燒室內點火、燃燒全過程的精準模擬。通過 Level-Set 界面捕捉方法，可清晰追蹤噴嘴內流場與初次霧化過程，結合水平集輸運方程，精準計算界面法向量與曲率，為霧化模型提供高保真初始參數(shù)；在工程應用中，軟件支持基于 Lagrange 方法的顆粒包模型，涵蓋直射式霧化（WAVE、KHRT 模型）與離心式霧化（RR/LISA、KHRT 模型）等多種構型，可根據不同噴嘴類型（直射式吸嘴、離心式切向槽式 / 漩渦室式噴嘴）靈活選擇，滿足主燃燒室與加力燃燒室的多樣化仿真需求。
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
霧化是一種將液體轉化為微小液滴的技術，通過不同的霧化方法實現(xiàn)液體的高效分散、蒸發(fā)、燃燒、吸附或沉積等目的。
霧化仿真在多個工業(yè)領域中具有極其重要的地位。無論是內燃機中燃油的高效燃燒，還是化工生產中的噴霧干燥，以及農業(yè)噴霧中農藥的均勻分布，霧化效果的好壞直接影響著產品的性能和效率。這些重點領域涵蓋了能源、醫(yī)療、農業(yè)、環(huán)保及多個工業(yè)制造分支，都依賴霧化仿真技術解決關鍵霧化性能問題。
燃燒工程：霧化仿真在內燃機、燃氣輪機、火箭發(fā)動機等燃燒工程中扮演關鍵角色，用于優(yōu)化燃油噴射系統(tǒng)，提高燃燒效率，減少污染物排放。
醫(yī)藥健康： 應用于吸入式藥物遞送設備和霧化治療裝置的設計，確保藥物微粒達到適宜的粒徑范圍，以實現(xiàn)有效的肺部遞送或病灶靶向治療。
農業(yè)噴灑：在精準農業(yè)中，霧化仿真助力改進農藥噴霧器性能，平衡覆蓋效果與減少藥液飄失，提升農藥利用效率并降低環(huán)境污染。
環(huán)保技術：用于空氣凈化、消毒殺菌設備的霧化系統(tǒng)設計，確保凈化劑或消毒劑以適宜的霧滴尺寸均勻分布，實現(xiàn)高效凈化或消毒效果。
工業(yè)制造：在冶金、涂料、印刷等行業(yè)中，霧化仿真對金屬熔液霧化、油漆噴涂、墨水噴印等工藝進行優(yōu)化，提升產品質量和生產效率。
專業(yè)的霧化模擬仿真模塊
SprayPro是積鼎科技自主研發(fā)的一款專注于霧化過程與液滴屬性研究的專業(yè)模擬模塊。該模塊能夠模擬直噴式、旋流式等多種噴嘴的初次與二次霧化過程，模塊內置的高精度算法與后處理程序，確保用戶獲取到接近真實的霧化數(shù)據，為深入理解霧化機理、有效指導噴嘴選擇與優(yōu)化，系統(tǒng)性構建霧化數(shù)據庫等提供堅實基礎。
● SprayPro功能特點
01 高精度霧化仿真
· 采用Level Set距離函數(shù)法來追蹤氣液相界面，相比傳統(tǒng)VOF法，氣液相界面更尖銳，有利于精準捕捉霧化液滴。
展開 CFDPro發(fā)動機燃燒仿真 | 實現(xiàn)航空航天發(fā)動機內部燃燒過程仿真
<p>航空航天發(fā)動機中的燃燒現(xiàn)象是一種復雜的物理化學過程，包括流動、霧化、相變、傳熱傳質、點火熄火、化學反應、污染物排放、熱聲振蕩和冷卻等多個過程，加上燃燒的非定常性和高湍流度，使得準確模擬燃燒過程變得異常困難。在傳統(tǒng)CFD模擬需要考慮的質量守恒方程、動量守恒方程和能量方程之外，燃燒還需要考慮組分守恒方程以及多相流、相變、熱聲耦合等多個模型，其中任何一個過程模擬的失真，都將影響最終的燃燒計算。</p><p><br></p><p><strong>發(fā)動機燃燒模擬的難點</strong></p><ul><li><strong>多物理場耦合：</strong>發(fā)動機的工作過程中涉及到多個物理場的耦合，如流動、傳熱、燃燒等。這些物理場之間相互影響，需要同時考慮多個因素。</li><li><strong>非線性行為：</strong>發(fā)動機內部的流動、燃燒等過程存在非線性行為，如湍流、化學反應等。這些非線性行為使得模型的建立和求解變得更為復雜。</li><li><strong>邊界條件和初始條件：</strong>在仿真模擬中，需要為模型設置合理的邊界條件和初始條件，需要根據實際發(fā)動機的工作環(huán)境和狀態(tài)設定，有時難以準確獲取和模擬。</li><li><strong>模型參數(shù)的不確定性：</strong>模型參數(shù)的不確定性會對模擬結果產生影響。如何減小這些不確定性對模擬結果的影響，提高模擬的準確性和可靠性是一個挑戰(zhàn)。
展開 積鼎CFD發(fā)動機燃燒仿真，實現(xiàn)航空航天發(fā)動機內部燃燒過程的流體仿真
其中，CombustionPro為專業(yè)的發(fā)動機燃燒模擬模塊,可用于航空發(fā)動機、液體及固體發(fā)動機內部過程全流程模擬，可分析噴注器內流動、霧化特性、燃燒室燃燒、液膜冷卻與固體燃料燃面退移等問題，幫助客戶理解整個發(fā)動機內部過程。CombustionPro是基于實際發(fā)動機設計邏輯而集成，降低了工程師使用門檔,提升了仿真效率。
功能特點
燃燒模型:提供包括反應動力學、氣相湍流燃燒模型、EDC/EDM模型在內的多種燃燒模型,兼具仿真精度與工程適用性:燃燒模型預留接口，便于新模型的植入。液膜模塊:具備壁面液膜流動換熱模塊,可分析燃料射流對燃燒室高溫壁面的冷卻效果。
典型應用領域
湍流燃燒全過程仿真:CFDPro實現(xiàn)冷態(tài)、流動、點火、燃燒全過程的仿真分析;提供Cantera數(shù)據接口以復雜化學動力學計算。同時，可提供定制化解決方案，如低馬赫數(shù)大渦模擬、超大渦模擬等。
霧化與蒸發(fā)：CFDPro采用Level Set界面追蹤方法，具有連續(xù)、可導特性，適合處理界面劇烈變形、破碎、聚并等問題；Level Set方法不做界面重構，界面真實性高且計算量少。
上海積鼎信息科技有限公司（簡稱：積鼎科技）成立于2008年，是專注于自主知識產權的CFD軟件研發(fā)及技術服務的國家級高新技術企業(yè)，致力于打造好用、易用的國產流體仿真軟件。
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【AICFD案例教程】錐形燃燒器燃燒仿真
AICFD是由天洑軟件自主研發(fā)的通用智能熱流體仿真軟件，用于高效解決能源動力、船舶海洋、電子設備和車輛運載等領域復雜的流動和傳熱問題。軟件涵蓋了從建模、仿真到結果處理完整仿真分析流程，幫助工業(yè)企業(yè)建立設計、仿真和優(yōu)化相結合的一體化流程，提高企業(yè)研發(fā)效率。
一、概 要
1）案例描述
本案例仿真對象為某錐形燃燒器，在入口速度為60m/s時進行了燃燒的數(shù)值模擬。
2）網格
整體網格為非結構網格，網格數(shù)量3576。
圖1-1 網格模型
3）計算條件
入口速度：60 m/s；出口靜壓：101325Pa；湍流模型：Standard k-epsilon；介質：混合物。
二、網 格
1）新建工程
① 啟動AICFD 2023R2；
② 選擇 文件>新建，新建工程，選擇工程文件路徑，設置工程文件名，點擊“確定”。
圖2-1 AICFD窗口
圖2-2 新建工程
2）網格導入
單擊菜單欄 網格>導入網格，導入外部生成的計算域網格。
圖2-3 網格導入
3）網格質量檢查
單擊菜單欄 網格>網格質量，檢查網格質量。
圖2-4 網格質量檢查
三、求解設置
1）求解模型
雙擊 求解> 求解模型，設置物理模型。
展開 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，。
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。
#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(qū)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 高保真CFD霧化仿真：助力設備研發(fā)降本增效
在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展進程中，霧化技術作為一項基礎且關鍵的技術，在眾多領域都有著不可或缺的應用。從能源動力到醫(yī)療健康，從農業(yè)生產到工業(yè)制造，霧化效果的優(yōu)劣，直接決定了產品性能、生產效率，甚至關乎環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展。而在探索和優(yōu)化霧化效果的征程中，霧化仿真扮演著極為重要的角色，通過剖析霧化過程中的每一個細節(jié)，為工業(yè)創(chuàng)新與升級提供了強大的技術支撐。
一、為什么霧化仿真如此重要？
1. 優(yōu)化設計，降本增效
在傳統(tǒng)的霧化設備研發(fā)過程中，工程師們往往需要經過大量的物理實驗來測試和改進設計，這個過程不僅耗時費力，而且成本高昂。而霧化仿真借助CFD技術，能夠在虛擬環(huán)境中對各種設計方案進行模擬分析，提前預測霧化效果。通過改變噴嘴形狀、尺寸、噴射壓力等參數(shù)，快速得到不同方案下的液滴粒徑分布、速度場、濃度場等詳細信息，從而篩選出最優(yōu)設計方案，大大縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。
例如，在汽車發(fā)動機燃油噴射系統(tǒng)的設計中，通過霧化仿真優(yōu)化噴油嘴設計，可使燃油霧化更充分，燃燒效率提高，進而降低油耗和尾氣排放。
2. 深入理解霧化機理，突破技術瓶頸
霧化過程涉及到復雜的氣液兩相流、湍流、界面相互作用等物理現(xiàn)象，僅僅依靠實驗觀察很難全面深入地理解其內在機理。霧化仿真則為我們打開了一扇微觀世界的大門，通過數(shù)值模擬，能夠清晰地展示霧化過程中每一個瞬間的物理變化，幫助研究人員揭示霧化機理，發(fā)現(xiàn)潛在的技術問題和改進方向。
以航空發(fā)動機燃燒室中的燃油霧化為例，仿真可以精確分析高溫、高壓、高速氣流等極端條件下燃油的霧化特性，為提高燃燒效率、減少污染物排放提供理論依據，助力突破航空發(fā)動機關鍵技術瓶頸。
3. 保障產品質量與性能一致性
在大規(guī)模工業(yè)生產中，確保每一個產品的霧化效果一致是保證產品質量的關鍵。
展開 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
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
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燃機行業(yè)的領軍企業(yè)，在動力系統(tǒng)、商用車、農業(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 燃氣輪機燃燒仿真詳解
燃氣輪機燃燒室內部燃燒過程包含湍流、燃油霧化蒸發(fā)和混合、化學反應、燃氣的輻射和對流、傳熱傳質等多種現(xiàn)象，并且這些現(xiàn)象中，有的是相互耦合、相互作用的。
早期，燃燒室的設計主要依靠大量的試驗和經驗積累，并在此基礎上發(fā)展了一維半經驗和半分析的燃燒室設計方法。這種計算方法是適用和可靠的，但是需要較長的研制時間、較多的研制經費。
隨著計算機、并行計算、計算流體力學（CFD）及計算燃燒學（CCD）等不斷發(fā)展進步，使得模擬燃氣輪機燃燒室內部燃燒過程成為可能。即便在現(xiàn)有條件下，通過測量的方法，也難以獲得燃氣輪機燃燒室內部的流動、溫度、組分等詳細分布的情況，數(shù)值模擬可以部分彌補上述不足。
雖然燃燒室內部流動非常復雜且伴隨著化學反應、精確模擬非常困難，但仍然希望數(shù)值模擬能夠部分替代試驗，通過燃燒室的數(shù)值模擬，為燃燒室設計提供參考依據。
目前國內燃燒室設計已經達到經驗分析、試驗驗證和計算分析相結合的程度，并向著計算分析為主，試驗驗證為輔的方向發(fā)展。
現(xiàn)在，計算已成為燃燒室設計不可缺少的一部分。在整個燃燒室研發(fā)的過程中，通過試驗和CFD模擬相結合的方式，首先采用數(shù)值模擬對初步設計方案進行篩選、分析，發(fā)現(xiàn)存在的問題并提出相應的改進措施進行優(yōu)化，然后再進行試驗，從而達到節(jié)約研制經費、縮短研制周期之目的。
國外多家著名的燃氣輪機公司在研發(fā)過程中非常重視燃燒過程模擬并且發(fā)展了他們自己的模擬工具。近二十年來，用于流動、傳熱、燃燒數(shù)值模擬的商用軟件也有了巨大的發(fā)展，比如PHOENICS，CFX，F(xiàn)LUENT，STAR-CD，F(xiàn)LOW-3D等。這些商用CFD軟件的出現(xiàn)，更加快速、廣泛的推進了燃燒室研發(fā)人員通過商用軟件來進行燃燒室燃燒過程數(shù)值模擬，加速燃燒室的研發(fā)過程和節(jié)約研發(fā)經費。
展開 ANSYS教學視頻| ANSYS燃燒仿真模型介紹與應用
視頻內容：
新版本的ANSYS CFD對多種燃燒模型進行了代碼重構工作并對求解器進行了大量改進，從而顯著提升了仿真效率和精度。在實際的仿真工作中，不同的仿真案例需采用不同的燃燒模型及設置。本視頻對多種燃燒現(xiàn)象、燃燒仿真任務和燃燒模型進行了探討，為不同仿真案例燃燒模型的選擇和設置提供依據。
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來源于：陽普科技sunpro
視頻課程|ANSYS燃燒仿真模型介紹與應用
ANSYS CFD對多種燃燒模型進行了代碼重構工作并對求解器進行了大量改進，從而顯著提升了仿真效率和精度。
在實際的仿真工作中，不同的仿真案例需采用不同的燃燒模型及設置。
本課程對多種燃燒現(xiàn)象、燃燒仿真任務和燃燒模型進行了探討，為不同仿真案例燃燒模型的選擇和設置提供依據。
