מבוא לג'ט וסזדור זורם בייצור

זרימת Jet ורסס הם מרכזיים בתהליכי ייצור רבים שבו זרם נוזל מואץ דרך נושל ואינטראקציה עם סביבה תת-סטרופה או הסביבה הסביבה הסביבה הממוקדת.הזרמים האלה מאופיין על ידי מהירויות גבוהות, eddies סוער, ו, במקרים רבים, פירוק של מטוס נוזלי מתמשך לתוך טיפות מפוזרות.

פיזיקה של Jet ו-Spray Flows

זרימת Jet ו-Srerisis כרוכה בשילוב של תופעות דינמיות נוזליות:

  • (FLT:0) היווצרות ויציבות: FLT:1A נוזל עתיר גבוה או זרמי גז יוצאים מ nozzle.המטוס יכול להישאר laminar, מעבר להפרעות, או לפרוץ טיפות עקב אי כשירות (Rayleigh-Plateau, aeroדינמית פספינג, וכו ').
  • (FLT:0) Atomization: 1 (FLT:1) פירוק של מטוס נוזלי לתוך טיפות מונע על ידי מתח פני השטח, כוחות מולקווס, וגרור אווירודינמי מתרחשת ליד המנורה, בעוד הפסקה משנית מתרחשת עוד במורד הזרם.
  • (ב) ,0) פיזור תחבורה ופיזור: 1FreaLT 1 (פעם נוצר, טיפות מתבצעות על ידי שלב הגז, בכפוף לגרור, הכבידה, הזעזועים, ולפעמים evaporation או פחם.
  • (ב) הפחתה והגדרה: 1) טיפות השפעה על פני השטח של היעד, הפצת, ריבאונד או ציפוי פני השטח בהתאם להשפעה של אנרגיה וחומרי גלם.
  • (FLT:0) אינטראקציות בין רב-הדגשה: FLT:1 נוזלי וגלי גז מחליפים מומנטום, מסה ואנרגיה. אווה או רצף עשויים להתרחש בקירור או ציור עם פותרים תנודתיים.

סימול תהליכים אלה דורש פתרון משוואות Navier-Stokes (בעיקר עם העברת חום) יחד עם מודל רב-phase ומודל זעזוע. COMSOL Multiphysics® מציע מספר ממשקים שניתן לשלב כדי ללכוד את הפיזיקה בצורה מדויקת.

COMSOL CFD מודולים עבור Jet ו Spray Simulation

® COMSOL Multiphysics® מספק ממשקי פיזיקה ייעודיים תחת ה-FLT:0 (CFDמודולeurFLT:1) ו-FLT:2Multiphase FlowFLT 3) ממשקי מפתח כוללים:

  • (FLT:0)Single-Phase Flow:FreaLT:1) עבור מטוסים טורפים בסיסיים ללא שינוי שלב (שימוש במטוסי גז או מטוסים נוזליים ללא הפסקה).
  • (FLT:0 Two-Phase Flow, Level Set או שלב פילדיבר:FLT) 1 לקבלת מעקב אחר ממשקים חדים בין נוזלים בלתי אפשריים, המתאימים לפירוק מטוסים ולייצור טיפות בקרבת הערפילית.
  • (FLT:0 Two-Phase Flow, Mixture Model:Build:cioFLT:1) עבור זרמים מפוזרים שבו שלב אחד מחולק השני (למשל, תרסיס עם חלקיק נפח מתון).
  • (FLT:0)Particle Tracingמודול:FLT:1 עבור מודלים טיפות דיסקרטיות חלקיקים כפופים לכוחות, המאפשר סימולציה יעילה של תרסיסים דילוליים על פני תחומים גדולים.
  • (FLT:0) Fluid-Structure Interaction (FSIOVA): 1:1 כאשר עיוות נוזל או רטט משפיע על המטוס (למשל, הדפסה לא רצויה).

בחירת המודל הנכון תלויה במשטר הפיזי, בקנה מידה של עניין ומשאבים חישוביים.

בחירת מודל טורבולנס

Turbulence הוא כמעט תמיד נוכח זרימת סילון ורסס. COMSOL מציעה מספר ריינולדס-הברד Navier-Stokes (RANS) מודלים ויכולות אדדי סימציה (ד) גדולות (באמצעות מודול CFD).

  • (ב) מודל LT:0 (Felove:0) ,001:206:203-ε:0) נעשה שימוש נרחב עבור זרמי Shear חופשיים כגון מטוסי סילון.זה מבצע היטב עבור תערובת מרוחקת, אך עשוי להתפשט יתר על המידה עבור זרמי חתירה חזקים.
  • (ב) ויקרא י"ד): "ה' (ב':א) ויקרא: "וַיָּבְתָּבְתָּבְתָּבְתָּבְתָּבְתָּבְתָּבְתָּבָר" (במדבר כ"ד).
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ 1 ( ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

עבור זרמי שתי נקודות, מודלים סוערים ניתן ליישם בשלב רציף, בעוד שלב מפוזר עשוי לדרוש מודלים מעקב סטוצ'יסטיות (צעדים חמורים) כדי להסביר השפעות סוערות על טיפות.

הקמת Jet ו-Spray Simulation ב COMSOL

זרימת עבודה טיפוסית כוללת יצירת גאומטריה, הגדרה פיזיקה, מחיקה, פתרון, ופוסט-מעבדה. להלן הם צעדים מפורטים עבור סימולציה ציפוי ריסוס.

1. גיאומטריה ו- Nozzle Definition

Define the nozzle Geo (convergent, שברירי, או ישר נשא) ואת התחום חישובי המקיף את המטוס.עבור nozzles axiסימטרי, להשתמש במודל 2D Axiסימטרי כדי להפחית חישוב; עבור לא-axiסימטרי או מספר nozzles, דומיין 3D נדרש.ה.התחום צריך להרחיב מספיק למטה כדי להפיץ ולהחליש.

  • (FLT:0) Inlet:cioFLT:1 , הגדרת מהירות או קצב זרימה המונית ביציאה מטבולית, יחד עם אינטנסיביות סוערת והיקף אורך. עבור מטוס נוזלי, לציין את השבריר בשלב (1 לנוזל).
  • (ב) ⁇ :0.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.000) , מחיקת לחץ או גבול פתוח עם זרימה אחורית מדוכאת.
  • (ב) ויקרא: ויקרא י"א: "לא יט" (בראשית כ"ד) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) ,Symmetry או הציר: FLT:1 שימוש במודלים 2D.

עבור סימולציות מרובותphase, מצב האילט חייב לכלול את שלב הרכב.עבור זריקת תרסיס (Particle Tracing), להגדיר נקודות ההזרקה, ירידה גודל ההפצה (למשל, Rosin-Rammler), מהירות ראשונית ונכסים חומריים.

תכונות פלויד ומודלים חומריים

צפיפות Define, צמיגות, מתח פני השטח, ו (אם רלוונטי) לחץ פנוי וחום מאוחר.טמפרטורה תלוי תכונות חשובים לריסוס קירור או ציפוי חם. עבור נוזלים לא ניוטוניים (paints, מזחלות), מודל קארו או חוק כוח ניתן להשתמש בסעיף תכונות נוזל.

דור שלישי

Meshing הוא קריטי עבור לכידת סילון פירוק וייצור טיפות. השתמש ash קנס ליד היציאה nozzle שבו ⁇ s הם הגבוהים ביותר. עבור שיטות הפיכה מסלול ממשק (רמה הגדרת / פילד), המרש חייב לפתור את עובי (בדרך כלל 3-5 תאים על פני הממשק). הסתגלות meshment יכול להיות מועסק כדי לחדד אזורים עם גבוה ריפבה או מהירות חזקה, אבל זה עדיין מספיק שלב סגסוגת).

4. Solver Configuration

זרימת Jet ורסס הם לעתים קרובות transient.שימוש ב-Time-תלוי עם צעד קטן זמן ללכוד דינמיקות. .ComSOL של תהלוכת זמן בלתי פתירה (BDF או אלפא כללי) הוא חזק עבור בעיות נוקשות.עבור מטוסי סילון יציבים של מדינתיים (למשל, מטוס גז מתמשך ללא הפסקה), מפלט קבוע יכול לשמש עם גישה פסאודופית-זמנית של שיטות לפירוק (Frectional Reconupal) עבור הפיכה (prudation) עבור שיטות הפיכה (Rupal-Rupal-Rupal-Rupal Reconsolation) עבור פיזור פעילות).

5. Multiphase Modeling Approaches

אסטרטגיות מודלים שונים חלות בהתאם לצפיפות ריסוס:

  • (FLT:0) Eulerian-Eulerian (שתי-phase Flow, Mixture Model): ibph:1 מתייחס הן נוזל והן גז כמו רצף בין-penetrating. Best for הריסוסים צפופים שבהם טיפות אינטראקציה ושבריר נפח הוא >0.1%.
  • <חזק>Eulerian-Lagrangian (Particle Tracing): Tracks טיפות בודדות כמו חלקיקים. מתאים לרסיס dilute (חלק קטן <0.1%) ניתן להשתמש ב- One-way או שני נתיב הפיכה כולל תנופה וחום העברה חלקיקים לנוזל. גישה זו יעילה עבור סימולציות בקנה מידה גדול שבו ניתן להשתמש בהתפלגות גודל ירידה.
  • (FLT:0) כרכים של פלויד (VOF): לכידת ממשק גז נוזלי המדויק והוא אידיאלי עבור איטום ראשוני ליד הנורה.עם זאת, הוא דורש החלטה גבוהה מאוד והוא יקר חישוב עבור תרוזי שלם לעתים קרובות בשימוש בתחום קטן ליד החתך, עם טיפות וכתוצאה מכך מועברים למודל Langian עבור השדה רחוק.

COMSOL מיישמת את שיטות השדה של רמה ושלב עבור יכולות דמויות VOF, בעוד Particle Tracing מכוסה על ידי מודול Particle Tracing. עבור הפיכה, תכונות קישור חי או העברת נתונים ידני ניתן להשתמש.

ניתוח תוצאות סימבול

עיבוד פוסט ב COMSOL מספק תובנות עשירות:

  • (FLT:0) ושדות סוערות: ⁇ 1 ויזואליזציה הליבה של המטוס, זווית מתפשטת ועוצמת זעזועים.
  • (FLT:0) חלוקת שלבאז: 1.10LT 1 עבור VOF / ויקרא , מזמנת את הנפח הנוזלי חלק כדי לראות את צורת המטוס ואת נקודות השברה.
  • (FLT:0)Droplett size Distribution:FLT:1rea Use data to compute Histograms; אמצעים סטטיסטיים כמו קוטר (SMD) הם קריטיים לאיכות הציפוי.
  • (FLT:0)Wall Film Creation: 1 כאשר טיפות משפיעות על קיר, לעקוב אחר עובי סרט וכיסוי. ממשק זרימת הסרטים של COMSOL ניתן לצירוף סרטים נוזליים דקים.
  • (ב) [15] ויקרא י"א: ויקרא י"א: "ה', ב': "ה', ב'"ה', ב', ב', ב'"ה', ב') .

דוחות ואנימציה יכולים ליצור כדי לתקשר את הממצאים לצוותי עיצוב.

יישומים בתהליכי ייצור

ג'ט וסימולציות ריסוס ב COMSOL מטפלות במגוון רחב של צרכים תעשייתיים:

מתפתל וציור

בציור ריסוס, אחידות של עובי ציפוי הוא רבתי. ⁇ s לעזור לייעל גיאומטריה נושל, תוך שימתוק לחץ אוויר, ומרחק עמידה. על ידי מודל תחבורה טיפות וייבוש קיר, מהנדסים יכולים להפחית overspray (בזבוז חומרי) ולהשיג את הסיום הרצוי.הסימולציה יכול גם לקחת בחשבון עבור evatnt כי משפיע על טיפות מולטי סטיות ו deposition, לדוגמה, באמצעות מחקר של 15% בהתאמה.

תגית: Cooling

קירור Spray משמש מתכת quenching, ניהול תרמי אלקטרוניקה, ומזג זכוכית.היעילות תלויה בגודל טיפות, מהירות, ומשטח רטובות. סימולציות COMSOL יכול זוג זרימה נוזל, העברה חום, ושינויים שלב כדי לחזות שיעורי קירור ולהימנע מתח תרמי. מהנדסים יכולים לבדוק קירורים שונים, תרסיסים, וערכים ללא אבטיפוס פיזי.

הדפסה תלת מימדית ו 3D

הדפסה ותוספים ייצור להשתמש הפסקות סילון מבוקר עד טיפות הפקדה. ⁇ לעזור להשיג היווצרות טיפות יציבה (ללא טיפות לוויין), מיקום מדויק, וגודל עקבי. 2 של COMSOL עם זווית מגע דינמי מאפשר מודלים של אפקט טיפות ומיזוג על תת-קרקעית נעה.

אטומיזציה ל Combustion ו-Spray מייבש

בעוד פחות נפוץ בייצור, ריסוס אטום בתהליכים כימיים (למשל, ריסוס ייבוש אבקות) הטבות מסימולציה CFD. COMSOL יכול מודל אינטראקציה של מטוסים מרובים קינטיקה יבשה, הבטחת איכות המוצר. הגישה Lagraian בשילוב עם חום ועברה המונית משמש כדי לנבא תוכן.

ניקוי ופסולת

מטוסים נוזליים בעלי עוצמה גבוהה משמשים לניקוי פני השטח או חיתוך.סימולציה עוזר לקבוע את לחץ המטוס ואת מרחק עמידה הדרוש כדי להסיר contaminants ללא פגיעה substrate. עבור מכנסי מים, חלקיקים שנוספו לזרם ניתן מודל באמצעות Particle Tracing עם מודלים של שחיקה.

אתגרים ועיסוקים טובים

זרימת סילון וסיסוס מגיעה עם קשיים:

  • (FLT:0) עלויות חישוביות: FLT:1 Resource inomization ראשוני דורש מברשות יפות וצעדים קטנים של זמן.שימוש במודלים היברידיים (VOF ליד Nozzle, Lagrangian downstream) או מודלים מתקדמים לקיר יכול להפחית את העלות.
  • (FLT:0) פירוק: FLT:1eur מודלים ראשוניים ומשניים אינם חיזוי מלא.מהנדסים מסתמכים לעתים קרובות על קורלציות אמפיריות להתפלגות גודל טיפות כקלט.
  • (FLT:0) אינטראקציה בין-פנית: VOFLT:1 סימולציות, מודלי זעזוע עשויים להיות בעלי יכולת יתר של ממשק.
  • רגישות למצב:0 (Boundary stateרגישות:FLT:1 Nozzle) משפיע על פרופיל היציאה של המטוס, כולל הפנים נוזל בסימולציה יכול לשפר את הדיוק.
  • (FLT:0)Validation: FLT:1 תמיד להשוות תוצאות סימולציה עם נתונים ניסיוניים (למשל צילום מהיר, שלב דופלר anemometry) לדגמי calibrate.

דוגמה: סימלפוס Spray Nozzle

כדי להמחיש, לשקול נורזקל צבע טיפוסי אווירי.המודל כולל ערוץ נוזלי פנימי ואוויר חיצוני 0nulus.שימוש בגיאומטריה 2D axiסימטרי, אנו קובעים את מהירות הכרית הנוזלית ואת מהירות האוויר תוך letm, הן עם תוצאות מהירויות נוקשות של 5% ואורך 1 מ"מ.מודל multiphase משתמש במודל Mixture (Eule-Eule) כי הוא קצר צבע נוזל של 50 ליטר).

משאבים חיצוניים

לפרטים נוספים, התייחס לתיעוד הבא של COMSOL ומשאבים קשורים:

  • (ב) ,0)COMSOL CFDigtureמודול 1FLT: דף מוצר רשמי לתכונות ויכולות.
  • (ב) ,0)COMSOL Multiphysics DocumentationFLT:1 , מדריכי משתמשים על זעזועים מודלים ורב-phase זרימה.
  • (ב) ,0)COMSOL BlogveFLT:1 - חיפוש מאמרים על ציפוי תרסיס ודוגמאות של הפסקת סילון.
  • (FLT:0) סקירה של ריסוס מודל עבור תהליכים ציפוי תרמיים ראטפל 1 - נייר אקדמי דן CFD גישות רלוונטיות לייצור.
  • (ב) ,0) תפילה של מודל טודורי 1 (FLT: 1) – דוגמה מוקדמת של ספריית היישומים.

מסקנה

סימול סילון וזריזות רסס ב COMSOL Multiphysics® מספק מהנדסי ייצור עם כלי רב עוצמה כדי לייעל תהליכים החל ציפוי לריסוס קירור. על ידי בחירת זעזועים מתאימים מודלים רב-phase, בניית בקפידה את ה- mesh, ואימות כנגד ניסויים, תחזיות משמעותיות של גודל הנפתח, דפוס ריסוס, ודה יכול להיות מושג אלה להוביל לבזבוז, איכות משופרת, פיתוח קצר יותר, כמו גם מודלים של עיצובים הכרחי של מודלים, כמו פיתוח חלקיים, פיתוח, רק כדי להגדיל את הסימולציות חלק זה, כמו גם מודלים של ייצור.