在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，霧化技術(shù)作為一項基礎(chǔ)且關(guān)鍵的技術(shù)，在眾多領(lǐng)域都有著不可或缺的應(yīng)用。從能源動力到醫(yī)療健康，從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)到工業(yè)制造，霧化效果的優(yōu)劣，直接決定了產(chǎn)品性能、生產(chǎn)效率，甚至關(guān)乎環(huán)境保護(hù)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(xì)節(jié)，為工業(yè)創(chuàng)新與升級提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

一、為什么霧化仿真如此重要？

1. 優(yōu)化設(shè)計，降本增效

在傳統(tǒng)的霧化設(shè)備研發(fā)過程中，工程師們往往需要經(jīng)過大量的物理實(shí)驗(yàn)來測試和改進(jìn)設(shè)計，這個過程不僅耗時費(fèi)力，而且成本高昂。而霧化仿真借助CFD技術(shù)，能夠在虛擬環(huán)境中對各種設(shè)計方案進(jìn)行模擬分析，提前預(yù)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(xì)信息，從而篩選出最優(yōu)設(shè)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(jī)燃油噴射系統(tǒng)的設(shè)計中，通過霧化仿真優(yōu)化噴油嘴設(shè)計，可使燃油霧化更充分，燃燒效率提高，進(jìn)而降低油耗和尾氣排放。

2. 深入理解霧化機(jī)理，突破技術(shù)瓶頸

霧化過程涉及到復(fù)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(shí)驗(yàn)觀察很難全面深入地理解其內(nèi)在機(jī)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(jī)理，發(fā)現(xiàn)潛在的技術(shù)問題和改進(jìn)方向。

以航空發(fā)動機(jī)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(jù)，助力突破航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

3. 保障產(chǎn)品質(zhì)量與性能一致性

在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中，確保每一個產(chǎn)品的霧化效果一致是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。霧化仿真可以對生產(chǎn)過程中的各種因素進(jìn)行敏感性分析，找出影響霧化效果的關(guān)鍵參數(shù)，并制定嚴(yán)格的控制范圍。通過在生產(chǎn)過程中對這些參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)控和調(diào)整，能夠有效保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。

如在制藥行業(yè)，吸入式藥物的霧化效果直接關(guān)系到治療效果和患者的健康安全，利用霧化仿真優(yōu)化藥物霧化器設(shè)計，可確保每一個產(chǎn)品都能將藥物均勻、精準(zhǔn)地輸送到患者呼吸道，提高治療效果。

二、積鼎科技CFD在霧化方向的卓越應(yīng)用方案

積鼎科技作為國內(nèi)CFD領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，憑借其深厚的技術(shù)積累和豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，推出了一系列針對霧化方向的專業(yè)應(yīng)用方案，為眾多行業(yè)客戶解決了實(shí)際工程難題，贏得了廣泛贊譽(yù)。

SprayPro：專業(yè)霧化模擬模塊，精準(zhǔn)捕捉霧化細(xì)節(jié)

積鼎科技自主研發(fā)的SprayPro是一款專注于霧化過程與液滴屬性研究的專業(yè)模擬模塊 ，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(nèi)置的高精度算法與后處理程序，確保用戶獲取到接近真實(shí)的霧化數(shù)據(jù)。

液面狀態(tài) 中軸面上的流動狀態(tài)（速度）? 中軸面上的流動狀態(tài)（渦量）

在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，SprayPro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(zhǔn)捕捉霧化液滴；兼容空化模型，可用于高精度分析噴嘴處由于高速流動引起的空化現(xiàn)象對霧化結(jié)果的影響；提供歐拉框架下三維高保真霧化仿真分析，以及對二次破碎后微小液滴的拉格朗日顆粒描述，便于后續(xù)的燃燒仿真計算 。同時，超大渦(V-LES) 湍流模型既保證了求解霧化過程中湍流的精度，又兼顧了高效的計算效率。采用LISA霧化模型，可以有效捕捉離心噴霧過程，在保證工程應(yīng)用精度條件下，極大縮短了計算時間；采用WAVE霧化模型，可以針對高We數(shù)條件下的噴霧場景進(jìn)行高效的仿真 。

成功案例：攜手濰柴動力，共鑄噴嘴霧化仿真新高度

積鼎科技與濰柴動力的合作堪稱行業(yè)典范。在重卡尾氣后處理系統(tǒng)的噴嘴霧化模擬項目中，雙方團(tuán)隊緊密合作，基于積鼎科技自主研發(fā)的CFD軟件VirtualFlow，成功開發(fā)了工程霧化模型及其內(nèi)流場仿真銜接模塊，實(shí)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。

主流商軟中的VOF to DPM模型計算量巨大，并且破碎機(jī)理很難把控，模型精確度調(diào)試十分困難，實(shí)際應(yīng)用性不強(qiáng)。而積鼎科技開發(fā)的模型在預(yù)測精度和計算效率上均有顯著提升，能夠精準(zhǔn)模擬出離心噴嘴在出口處空心錐角的形成動態(tài)行為，從而提高仿真結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。該技術(shù)在處理復(fù)雜界面變化時具有顯著優(yōu)勢，并且充分利用CPU和GPU的并行處理能力，實(shí)現(xiàn)計算性能的顯著提升，極大地縮短了仿真周期。此次合作成果贏得了行業(yè)專家的一致認(rèn)可，成功榮獲2024年度數(shù)字仿真科技獎卓越應(yīng)用獎，為推動重卡尾氣處理技術(shù)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

無論是在能源動力、工業(yè)制造，還是在醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，積鼎科技的CFD霧化應(yīng)用方案都展現(xiàn)出了強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力和應(yīng)用價值，歡迎與我們咨詢聯(lián)系www.simpop.cn

審核編輯 黃宇