Symulacje numeryczne jako efektywne narzędzie do pozyskiwania wiedzy o procesie
Jak rozpada się lakier w rozpylaczu pneumatycznym? Instytut Fraunhofer IPA
pokazuje w jaki sposób dokładne zrozumienie podstaw pierwotnego rozpadu prowadzi do optymalizacji rozpylaczy i procesu.
Rozpylanie i natryskiwanie cieczy są ważnymi elementami wielu technicznych procesów i mają ogromne znaczenie gospodarcze w produkcji przedmiotów codziennego użytku. Dotyczy to w szczególności procesu lakierowania. Spore oczekiwania stawiane są zwłaszcza w stosunku do wykorzystywanych tam urządzeń rozpylających. Z jednej strony, stawia się wysokie wymagania co do wizualnej jakości wytwarzanych powłok, z drugiej strony, pożądana jest możliwie wysoka efektywność procesu. Mimo to projektowanie i optymalizacja rozpylaczy i urządzeń natryskowych następują w znacznym stopniu empirycznie, ponieważ brak jest fundamentalnej wiedzy na temat podstaw procesu pierwotnego rozpadu strumienia.
/rozpad_001.jpg)
Grafiki pokazują obliczone strumienie cieczy przy rozpylaniu, od lewej do prawej:
a) woda, rozpylane powietrze 92 Nl/min, prędkość przepływu 200ml/min
b) lakier, rozpylane powietrze 92 Nl/min, prędkość przepływu 200ml/min
c) lakier, rozpylane powietrze 92 Nl/min, prędkość przepływu 400ml/min
d) lakier, rozpylane powietrze 46 Nl/min, prędkość przepływu 400ml/min
Symulacja jako narzędzie do zbierania danych o procesie
Do dokładnych analiz mechanizmu rozpylania, w szczególności pierwotnego rozpadu strumienia, w pierwszej kolejności przeprowadzane są symulacje rozpylania z wykorzystaniem pistoletu powietrznego z dyszowym przepływem powietrza. Służą do tego specjalne metody i narzędzia, w tym między innymi:
- programy dynamiki płynów (CFD) z wykorzystaniem metody lokalizacji powierzchni swobodnej Volume-of-Fluid (VOF), dla opisania współzależności pomiędzy lakierem a powietrzem
- wyznaczanie długości rozpadu
- szczegółowa analiza czynników wpływających na proces pierwotnego rozpadu
- własności lakieru, jak na przykład lepkość
- parametry procesu, jak ilość lakieru i powietrza
- wpływ powietrza podawanego z dyszy na proces rozpylania
- laserowe metody do pomiaru wielkości cząstek lakieru
- wizualizacja procesu rozpylania z użyciem kamery szybkoklatkowej
/rozpad_002.jpg)
Zdjęcie dyszy rozpylacza pneumatycznego wykonane kamerą szybkoklatkową.
Źródło: Fraunhofer IPA
W badaniach numerycznych możliwych scenariuszy rozpylania wykorzystywane są dla jego scharakteryzowania bezwymiarowe współczynniki (liczby podobieństwa), jak liczba Reynoldsa czy Webera.
