CFDPro雾化仿真 | 专为雾化过程与液滴属性研究设计的仿真模块

雾化是一种将液体转化为微小液滴的技术，通过不同的雾化方法实现液体的高效分散、蒸发、燃烧、吸附或沉积等目的。

雾化仿真在多个工业领域中具有极其重要的地位。无论是内燃机中燃油的高效燃烧，还是化工生产中的喷雾干燥，以及农业喷雾中农药的均匀分布，雾化效果的好坏直接影响着产品的性能和效率。这些重点领域涵盖了能源、医疗、农业、环保及多个工业制造分支，都依赖雾化仿真技术解决关键雾化性能问题。

燃烧工程：雾化仿真在内燃机、燃气轮机、火箭发动机等燃烧工程中扮演关键角色，用于优化燃油喷射系统，提高燃烧效率，减少污染物排放。

医药健康：应用于吸入式药物递送设备和雾化治疗装置的设计，确保药物微粒达到适宜的粒径范围，以实现有效的肺部递送或病灶靶向治疗。

农业喷洒：在精准农业中，雾化仿真助力改进农药喷雾器性能，平衡覆盖效果与减少药液飘失，提升农药利用效率并降低环境污染。

环保技术：用于空气净化、消毒杀菌设备的雾化系统设计，确保净化剂或消毒剂以适宜的雾滴尺寸均匀分布，实现高效净化或消毒效果。

工业制造：在冶金、涂料、印刷等行业中，雾化仿真对金属熔液雾化、油漆喷涂、墨水喷印等工艺进行优化，提升产品质量和生产效率。

专业的雾化模拟仿真模块

SprayPro是积鼎科技自主研发的一款专注于雾化过程与液滴属性研究的专业模拟模块。该模块能够模拟直喷式、旋流式等多种喷嘴的初次与二次雾化过程，模块内置的高精度算法与后处理程序，确保用户获取到接近真实的雾化数据，为深入理解雾化机理、有效指导喷嘴选择与优化，系统性构建雾化数据库等提供坚实基础。

● SprayPro功能特点

01高精度雾化仿真· 采用Level Set距离函数法来追踪气液相界面，相比传统VOF法，气液相界面更尖锐，有利于精准捕捉雾化液滴。· 兼容空化模型，可用于高精度分析喷嘴处由于高速流动引起的空化现象对雾化结果的影响。· 提供欧拉框架下三维高保真雾化仿真分析，以及对二次破碎后微小液滴的拉格朗日颗粒描述，便用于后续的燃烧仿真计算。· 超大涡(V-LES) 湍流模型既可以保证求解雾化过程中湍流的精度，又可以保证高效的计算效率。

02工程雾化仿真

· 在欧拉-拉格朗日框架下，把雾化颗粒当作离散相，用工程雾化模型可以减少计算量，同时可以考虑液滴的蒸发。

· 采用LISA雾化模型，可以有效的捕捉离心喷雾过程，在保证工程应用精度条件下，极大缩短了计算时间。

· 采用WAVE雾化模型，可以针对高We数条件下的喷雾场景进行高效的仿真。

· 工程雾化模型，精度适中，后处理便捷。

典型应用领域

● 离心喷嘴的燃油雾化仿真燃油雾化跟喷嘴的设计密切相关，但雾化效果的试验检测非常复杂，且难度较大。借助流体仿真分析软件，可以全面深入的模拟分析燃油喷射的雾化效果。值得注意的是，喷嘴的孔径只有零点几个毫米甚至几十个微米，属于微流尺度，需要运用特定的理论框架与计算方法进行分析。本案例采用SprayPro模块，可分析不同喷嘴对应的初次雾化和二次雾化过程，可以模拟气-液两相流动、微通道内的多相流动过程等，分析出燃油的状态和实际压力场、速度场，温度场，雾化效果等数值仿真结果。

压力分布图

相界面图

速度矢量图

XY截面相含率分布图

利用离心喷嘴的特性，结合离心喷嘴尺寸、喷雾压力以及喷射介质属性开发的LISA喷雾模型达到工程精度水平，同时雾化的计算量大大减少。

利用LISA雾化模型的仿真效果

● 发动机的横向射流雾化模拟横向射流是一种简单高效的雾化方式，能够依靠浮力增强射流的穿透深度。在雾化过程中，射流角度、射流速度、来流速度及喷嘴孔径等参数均会影响射流的雾化效果。由于燃油在横向气流中的破碎及油气掺混均匀性对污染物的生成、燃烧性能以及燃烧不稳定性等均有重要影响。本案例采用SprayPro模块对单喷嘴射流在横向来流中发生雾化和掺混过程进行模拟仿真，并对比分析不同喷射角度和喷嘴尺寸的射流雾化效果。

液面状态

中轴面上的流动状态（速度）

WAVE模型适合We数大于100的情况，惯性力远大于表面张力，液滴在高速的气动力作用下发生破碎。

利用WAVE雾化模型进行横风雾化的仿真效果

国产自主流体仿真软件CFDPro

CFDPro为基于有限体积法求解单相流/多相流NS方程的计算流体动力学仿真软件，采用Level Set界面追踪方法、具备领先的湍流模型、丰富的相变模型，配置燃烧模型和反应机理接口，更加适用于复杂的工程计算模拟分析。

积鼎科技成立于2008年，是国产自主流体仿真软件研发及技术服务的高新技术企业。公司具有10余年CFD仿真技术开发应用经验，核心产品与技术已成功为中国航空发动机研究院、中国航发沈阳发动机研究所、上海空间推进研究所、西安航天动力研究所等航空航天客户提供专业的流体仿真解决方案

审核编辑 黄宇