悬浮液物料雾化成膜的数值模拟方法技术

本发明专利技术提供了一种悬浮液物料雾化成膜的数值模拟方法，并通过量纲分析和线性最小二乘回归分析法获得液膜厚度与各参数的关系。液体射流连续地撞击在雾化盘上，液体射流在雾化盘表面上扩展以形成膜，该液体薄膜沿着切线方向离开雾化盘，并破碎形成韧带或液滴。采用计算流体动力学软件FLUENT对该过程进行数值计算，避免了实验或盲目设计导致的高成本和原料浪费，对料液的雾化机理具有一定的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
悬浮液物料雾化成膜的数值模拟方法
本专利技术涉及悬浮液物料雾化盘上成膜的数值模拟方法。
技术介绍
雾化盘广泛应用于生产喷雾、液滴、颗粒和粉末当中。在雾化过程中，盘上形成液膜，液膜离开盘边缘后破碎成韧带或液滴。雾化盘广泛应用于喷雾干燥设备中，根据该方法的应用，所产生的这些液滴可以高温固化以产生颗粒或粉末，可以使用该方法获得各种尺寸的液滴或粉末。液滴的尺寸取决于形成在盘上液膜的流体动力，并且与液膜厚度直接相关。由于料液雾化过程十分复杂，对液膜厚度与液滴直径的测量极其困难，而大型工业化装置又无法直接制作一台装置供试验用，目前大多根据工程人员的经验和前人总结的半经验公式来预测，使得实际设计出的喷雾干燥设备总有这样或者那样的问题。使用计算机软件对雾化过程进行仿真，对于料液的雾化机理的指导具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，本专利技术提供了悬浮液物料雾化成膜的数值模拟方法。本专利技术采用数值模拟的方法也在一定程度上避免实验或盲目设计导致的高成本和技术风险，并且对于料液的雾化机理有重要的指导意义。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种悬浮液物料雾化成膜过程的数值模拟方法，具体操作步骤如下：(1)、使用三维绘图软件绘制雾化盘的三维几何模型图：利用ANSYSWorkbench中的建模模块(DesignModel)对雾化盘三维模型进行建模；(2)、建立雾化盘的有限元模型并进行求解，具体原理如下：A、设定数值模拟的假设条件；a)不考虑气液之间传热；b)液体连续沿着盘的中心轴倾倒；c)为了减少计算量，雾化盘附近空气有限的一部分被包括在内；B、使用欧拉-欧拉方法进行建模，气液两相均作为连续相处理，为了能够描述多相之间相互贯穿且连续的多相流动，提出了相体积分数概念，用αq表示q相所占的体积分数，各相都能独自满足质量和动量守恒方程，满足的方程如下：q相的质量守恒方程为：q相的动量守恒方程为：式中，μq和λq分别表示是q相的剪切和体积粘度(Pa·s)，Fq为外部体积力，Flift,q为升力，FVm,q为虚拟质量力，Rpq为相之间的相互作用力，p为所有相共享的压力；C、使用k-ε湍流模型，湍动能k及湍动能耗散率ε公式如下：式中，μ为分子粘度(Pa·s)，μt为湍流粘度(Pa·s)，Pk是湍流剪切产出项[kg/(m·s3)]，Cε1、Cε2、σk、σε为常数，分别为1.44、1.92、1、1.3；D、在ANSYSWorkbench的FLUENT中导入雾化盘的三维几何模型，在步骤A、B、C、的假设及理论基础上的建立合理的计算域及物理模型，设置各项参数，模拟计算出液膜的厚度值,通过量纲分析和线性最小二乘回归分析法获得液膜厚度与各参数的关系；E、设计雾化实验模型，并将步骤D的数值模拟结果与实验结果进行对比分析，验证了数值模拟方法的适用性。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：本专利技术采用了一种悬浮液物料雾化成膜过程的数值模拟方法，采用计算流体动力学软件FLUENT对悬浮液物料雾化成膜过程进行数值模拟，本专利技术采用数值模拟的方法也在一定程度上避免实验或盲目设计导致的高成本和技术风险，并且对于料液的雾化机理有重要的指导意义。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面具体介绍本专利技术实施例中的技术方案，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一：本悬浮液物料雾化成膜的数值模拟方法，具体操作步骤如下：(1)、使用三维绘图软件绘制雾化盘的三维几何模型图：利用ANSYSWorkbench中的建模模块(DesignModel)对雾化盘三维模型进行建模(2)、建立雾化盘的有限元模型并进行求解，具体方法如下：A、设定数值模拟的假设条件；a)不考虑气液之间传热；b)液体连续沿着盘的中心轴倾倒；c)为了减少计算量，雾化盘附近空气有限的一部分被包括在内；B、使用欧拉-欧拉方法进行建模，气液两相均作为连续相处理，为了能够描述多相之间相互贯穿且连续的多相流动，提出了相体积分数概念，用αq表示q相所占的体积分数，各相都能独自满足质量和动量守恒方程，满足的方程如下：q相的质量守恒方程为：q相的动量守恒方程为：式中，μq和λq分别表示是q相的剪切和体积粘度(Pa·s)，Fq为外部体积力，Flift,q为升力，FVm,q为虚拟质量力，Rpq为相之间的相互作用力，p为所有相共享的压力；C、使用k-ε湍流模型，湍动能k及湍动能耗散率ε公式如下：式中，μ为分子粘度(Pa·s)，μt为湍流粘度(Pa·s)，Pk是湍流剪切产出项[kg/(m·s3)]，Cε1、Cε2、σk、σε为常数，分别为1.44、1.92、1、1.3；D、在ANSYSWorkbench的FLUENT中导入雾化盘的三维几何模型，在步骤A、B、C、的假设及理论基础上的建立合理的计算域及物理模型，设置各项参数，模拟计算出液膜的厚度值,通过量纲分析和线性最小二乘回归分析法获得液膜厚度与各参数的关系；E、设计雾化实验模型，并将步骤D的数值模拟结果与实验结果进行对比分析，验证了数值模拟方法的适用性实施例二：本实施例具体介绍金属熔液制备钢丸的雾化过程的数值模拟方法，该方法至少包括如下步骤：首先，利用ANSYSWorkbench中的建模模块(DM)对雾化盘三维模型进行建模：直径75mm，转速1500rpm，料液流量2.5kg/min，密度2590kg/m3,粘度0.7Pa·s。选用FLUENT软件流体体积函数模型，来捕捉液相与气相间的交界面。在FLUENT中创建新材料，根据物料的物理性质输入相关参数，即对金属熔液进行建模。其次，建立雾化盘的有限元模型并进行求解，需要说明的是，本专利技术中为基于ANSYSWorkbench中的FLUENT的数值模拟方法，基本方法与步骤和传统的方法与步骤相似，在此不予赘述，下面介绍本专利技术的假设及理论基础。第一，金属熔液雾化成膜过程复杂，数值模拟方法完全再现熔液雾化成膜过程比较困难，也不易得到理想结果。因此，本专利技术的金属熔液雾化成膜过程的数值模拟主要基于以下假设：(1)不考虑气液之间传热。(2)液体连续沿着盘的中心轴倾倒。第二，使用欧拉-欧拉方法对气液两相进行建模，气液两相均作为连续相处理，为了能够描述多相之间相互贯穿且连续的多相流动，提出了相体积分数概念，用αq表示q相所占的体积分数，各相都能独自满足质量和动量守恒方程，满足的方程如下：q相的质量守恒方程为：q相的动量守恒方程为：式中，μq和λq分别表示是q相的剪切和体积粘度(Pa·s)，Fq为外部体积力，Flift,q为升力，FVm,q为虚拟质量力，Rpq为相之间的相互作用力，p为所有相共享的压力；第三，使用k-ε湍流模型，湍动能k及湍动能耗散率ε公式如下：式中，μ为分子粘度(Pa·s)，μt为湍流粘度(Pa·s)，Pk是湍流剪切产出项[kg/(m·s3)]，Cε1、Cε2、σk、σε为常数，分别为1.44、1.92、1、1.3。在ANSYSWorkbench的FLUENT中导入雾化盘的三维几何模型，在以上的假设及理论基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种悬浮液物料雾化成膜的数值模拟方法，其特征在于，具体操作步骤如下：(1)、使用三维绘图软件绘制雾化盘的三维几何模型图：利用ANSYS Workbench中的建模模块对雾化盘三维模型进行建模(2)、建立雾化盘的有限元模型并进行求解，具体方法如下：A、设定数值模拟的假设条件；a)不考虑气液之间传热；b)液体连续沿着盘的中心轴倾倒；c)为了减少计算量，雾化盘附近空气有限的一部分被包括在内；B、使用欧拉‑欧拉方法进行建模，气液两相均作为连续相处理，为了能够描述多相之间相互贯穿且连续的多相流动，提出了相体积分数概念，用αq表示q相所占的体积分数，各相都能独自满足质量和动量守恒方程，满足的方程如下：q相的质量守恒方程为：

【技术特征摘要】
1.一种悬浮液物料雾化成膜的数值模拟方法，其特征在于，具体操作步骤如下：(1)、使用三维绘图软件绘制雾化盘的三维几何模型图：利用ANSYSWorkbench中的建模模块对雾化盘三维模型进行建模(2)、建立雾化盘的有限元模型并进行求解，具体方法如下：A、设定数值模拟的假设条件；a)不考虑气液之间传热；b)液体连续沿着盘的中心轴倾倒；c)为了减少计算量，雾化盘附近空气有限的一部分被包括在内；B、使用欧拉-欧拉方法进行建模，气液两相均作为连续相处理，为了能够描述多相之间相互贯穿且连续的多相流动，提出了相体积分数概念，用αq表示q相所占的体积分数，各相都能独自满足质量和动量守恒方程，满足的方程如下：q相的质量守恒方程为：q相的动量守恒方程为：式中，μq和λq分别表示是q相的剪切和体积粘度(Pa·...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱远，许京荆，李盛鹏，戚严文，刘云飞，叶天扬，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31