Modélisation de sprays et pulvérisateurs

Contexte

Les sprays, aérosols et autres pulvérisateurs trouvent de nombreuses applications industrielles : des sprays utilisés pour le lavage nasal aux injecteurs de nos moteurs de voiture, en passant par la projection des peintures, mousses isolantes ou encore la protection contre les incendies. Selon les applications, les caractéristiques du nuage aérosol généré doivent répondre à certaines exigences :

• Lors du lavage nasal, on cherchera par exemple à valider que le spray permet bien de nettoyer la totalité des muqueuses des voies respiratoires. Des vaccins actuellement développés reposent aussi sur les sprays pour délivrer la substance active sur des zones spécifiquement ciblées. Il faut alors vérifier que la substance active est bien acheminée à bon port.
• La distribution de tailles de gouttelettes sera un paramètre important notamment pour les moteurs, afin de favoriser le mélange du carburant et du comburant et donc d’obtenir un meilleur rendement de la combustion.
• La forme et l’angle du cône de spray seront essentiels pour dimensionner correctement un système de sprinklers pour la protection contre les incendies ou pour les applicateurs de peinture.

Objectif

Chaque pulvérisateur, chaque spray doit répondre à des exigences spécifiques à l’application pour laquelle il est développé. La simulation numérique CFD est un puissant outil pour valider la bonne conformité du produit développé, souvent en complément d’essais expérimentaux. Par la modélisation numérique du spray ou pulvérisateur, il est possible de déterminer quantitativement un grand nombre de paramètres sur le nuage de particules généré :

• granulométrie des gouttelettes,
• forme du spray,
• angle de cône de spray,
• distance de pénétration,
• vitesse des gouttelettes,
• surface d’échange…

Dans le cadre du projet présenté ici, l’objectif était de déterminer l’influence de la géométrie de la chambre de mise en rotation sur la forme du nuage de gouttelettes.

Simulation et résultats

Le modèle virtuel permet non seulement de valider que le produit répond bien aux exigences pour lequel il a été conçu, mais aussi de mieux comprendre son fonctionnement dans différents environnements externes, spécifiques, pour lesquels il n’est pas toujours possible de réaliser des tests voire de mesurer correctement nos paramètres d’intérêt. De même, la solution à pulvériser peut présenter un caractère dangereux, limitant la faisabilité d’essais. Il est parfois nécessaire de tester un grand nombre de paramètres, obligeant la réalisation de nombreux prototypes avec des coûts devenant rapidement prohibitifs.

Pour ces différents cas, OptiFluides accompagne les entreprises souhaitant modéliser leur process de spray et de pulvérisation. Lors de la phase de conception du produit ou pour mieux comprendre votre process, la réalisation de simulations numériques est un atout majeur pour la réussite de votre projet.

Voici un exemple vidéo de modélisation de spray effectuée via le logiciel ANSYS Fluent.