Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Reza Pishevar,Seyed saeed Mortazavi
احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور) سیدسعید مرتضوی راوری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mehdi Baghaie
مهدی بقائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

3D Numerical Simulation of Drop Impingement onto Horizontal and Inclined Surface at Different Non-dimensional Numbers
: The impact of drops onto dry solid surfaces has been studied for over a century, not only because of the numerous physical phenomena of fundamental interest involved, but also due to its relevance in industrial applications (spray cooling, ink-jet printing, spray painting, fuel injection, internal combustion engines, plasma spraying, micro-fabrication, micro-channel ). Early studies of the impact process were largely phenomenological in nature, identifying the most important parameters influencing the spreading of the liquid film on the surface and also the final outcome of the impact. More recent studies attempt to quantify the influence of individual parameters in order to obtain predictive capabilities of the impact process. In this research, numerical simulations of impacting drop on horizontal and inclined soft surface has been performed at finite Reynolds numbers. The three-dimensional domain is confined in z-direction with a horizontal wall and is periodic in x- and y-direction. Results are obtained using a finite difference/front tracking method. The main dimensionless parameters are the Reynolds number, the Weber number, the Capillary number and ratio of the height of domain to the diameter of drop. The effect of these parameters on drop impact is investigated. There are some effective parameters in the drop impact to a surface such as contact angle, speed of drop, diameter of drop and surface roughness. Contact angle is an important parameter that affects the spreading of the drop on the surface. There are three modes in drop-surface interaction: fully wetting, partially wetting and non-wetting. Here the partially wetting is investigated. There are two general methods for modeling this mode: 1- Constant contact angle, 2- Dynamic contact angle. Here the dynamic contact angle is used. The drop impingements to horizontal and inclined surface have been investigated. In horizontal impingement, effect of applying dynamic contact angle and effect of changing Reynolds and Weber number has been investigated. In inclined impingement, effect of surface slope has been evaluated. The Reynolds and Weber numbers are below 100. Results have been obtained for various non-dimensional numbers and compared and validated with previous works. Parameters which are investigated are spread factor and dynamic contact angle that are plotted versus non-dimensional time. It is found that spread factor increased by increasing Reynolds and Weber number in horizontal impingement. Also the effect of contact angle on the maximum spread factor in horizontal impact is below 10%. It is obtained that density and viscosity ratio has small effect on spread factor in horizontal impact. It is found that applying dynamic contact angle as a boundary condition has small effect on maximum spread factor but increase the time corresponding to equilibrium state in horizontal impact. Maximum spread factor increased with increasing the slope of surface. Also the time corresponding to equilibrium state decreased in inclined impingement Keywords: Drop impaction, Horizontal and Inclined surface, Dynamic contact angle, Partially wetting, Reynolds number, Weber number
در این پژوهش برخورد قطره به سطح صاف افقی و شیب‌دار در محدوده اعداد رینولدز محدود شبیه‌سازی شده است. شبیه‌سازی به صورت سه بعدی بوده و در یک راستا شرط مرزی دیوار در نظر گرفته و در دو راستای دیگر به صورت پریودیک می‌باشد.‌ معادلات ناویراستوکس به روش جبهه پیش‌رونده و به صورت اختلاف محدود حل شده است. اعداد بدون بعد اصلی عدد رینولدز، عدد وبر، عدد کپیلاری و نسبت طول کانال در راستای محور z به قطر قطره می‌باشد که تأثیر این اعداد در برخورد قطره با سطح مورد مطالعه قرار گرفت. در برخورد قطره به سطوح، چندین عامل تاثیرگذار وجود دارند. یکی از مهمترین عوامل زاویه تماس می‌باشد. زاویه تماس هنگامی وارد مسئله می‌شود که قطره به سطح برخورد می‌کند و به عبارتی زاویه تماس وضعیت قطره نسبت به سطح را در لحظه تماس مشخص می‌کند. سه حالت ترشوندگی کامل، ترشوندگی جزئی و غیرترشوندگی در اندرکنش بین قطره و سطح وجود دارد. در این پژوهش به بررسی حالت ترشوندگی جزئی پرداخته شده است. برای مدل کردن این وضعیت دو روش کلی وجود دارد :1- زاویه تماس ثابت 2- زاویه تماس دینامیک. در این پژوهش از روش زاویه تماس دینامیک استفاده شده است. در این پژوهش، برخورد قطره به سطح افقی و شیب‌دار بررسی شده است. در برخورد به سطح افقی اثر تغییر اعداد رینولدز و وبر و در برخورد به سطح شیب‌دار، اثر تغییر شیب بررسی شده است. در این پژوهش اعداد رینولدز و وبر در محدوده زیر 100 انتخاب شده است. نتایج برای چندین عدد بی‌بعد مختلف بدست آمده است و با نتایج کارهای گذشته صحه گذاری شده است. پارامترهایی که مورد بررسی قرار گرفته است، ضریب پخش و زاویه تماس دینامیک است که بر حسب زمان بی‌بعد رسم شده‌اند. در این پژوهش، با افزایش اعداد رینولدز و وبر در برخورد به سطح افقی ضریب پخش افزایش یافت و در برخورد شیب‌دار با افزایش شیب، میزان ضریب پخش بیشینه افزایش و زمان رسیدن به تعادل کاهش یافت. کلمات کلیدی : برخورد قطره، سطح افقی و شیبدار، زاویه تماس دینامیک، ترشوندگی جزئی، عدد رینولدز، عدد وبر

ارتقاء امنیت وب با وف بومی