Skip to main content
SUPERVISOR
Ebrahim Shirani,Ahmad Reza Pishevar
ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد مشاور) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sayed Pedram Pournaderi
سیدپدرام پورنادری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1383

TITLE

Simulation of Droplet Impact on a Heated Surface in the Film Boiling Regime Using the Level set Method
In this research, a numerical method for simulation of droplet impact on a heated surface in the film boiling regime is proposed. In the film boiling regime, droplet evaporates immediately after impact and a vapor layer is formed between droplet and surface. In this research, the simulation model is based on the finite difference method on a staggered grid. The level set method in conjunction with the ghost fluid method is used for interface modeling. Using the ghost fluid method, discontinuity of quantities such as pressure, velocity, density and viscosity is preserved across the interface. Vaporization rate is computed using energy balance at the interface and is accurately applied in the solution process. Mesh is clustered near the surface to take into account the effect of the vapor layer in the solution process accurately. Using the presented numerical method, impacts with low and moderate Weber numbers are simulated. Comparison of results with experimental observations confirms the accuracy of the proposed model. Different stages of the impact including spreading, recoiling and rebounding are predicted accurately. Effect of various parameters such as impact velocity, impact angle and also surfactant and polymeric additives on the total heat removal is considered. Keywords Droplet impact, Film boiling, Hot surface, Level set, Ghost fluid method.
در این تحقیق، یک روش عددی برای شبیه سازی برخورد یک قطره اشباع با یک سطح داغ در رژیم جوشش لایه ای پیشنهاد شده است. این پدیده در بسیاری از فرایند های صنعتی مشاهده می شود. برای نمونه می توان به فرایند کوئنچینگ در صنعت فولاد، خنک کاری قطعات الکترونیکی و اسپری قطرات سوخت در موتورهای احتراق داخلی یا محفظه های احتراق اشاره کرد. در رژیم جوشش لایه ای، بخاری که در اثر تبخیر قطره تولید می شود یک لایه نازک بین قطره و سطح تشکیل می دهد. این لایه بخار از تماس مستقیم قطره با سطح جلوگیری می کند و میزان انتقال حرارت از سطح به قطره را کاهش می دهد. مدل شبیه سازی در این تحقیق، بر اساس روش تفاضل محدود روی یک شبکه جابجا شده می باشد. از روش سطح تراز به همراه روش سیال مجازی برای مدل سازی سطح مشترک استفاده شده است. با استفاده از روش سیال مجازی، ناپیوستگی کمیت هایی نظیر فشار، سرعت، چگالی و لزجت در سطح مشترک حفظ شده است. در واقع به کمک این روش، شرط پرش مناسب برای هر کمیت در سطح مشترک اعمال شده است. نرخ تبخیر قطره با استفاده از توازن انرژی در سطح مشترک محاسبه شده و در مراحل مختلف فرایند حل اعمال شده است. برای اینکه اثر لایه بخار نازک بین قطره و سطح با دقت کافی در فرایند حل لحاظ گردد، از یک تکنیک فشرده سازی شبکه در نزدیکی سطح جامد استفاده شده است. با استفاده از روش عددی ارائه شده، برخوردهای قائم و مایل قطره با یک سطح داغ در حالت های تقارن محوری و سه بعدی شبیه سازی شدند. مقایسه نتایج با مشاهدات آزمایشگاهی، دقت مدل پیشنهاد شده را تایید نمود. مراحل مختلف برخورد قطره شامل پخش شدن، جمع شدن و بلند شدن قطره از روی سطح برای محدوده وسیعی از اعداد وبر با دقت خوبی پیش بینی شدند. اثر پارامترهای مختلف نظیر سرعت برخورد، زاویه برخورد و نیز افزودن پلیمر و سورفکتانت به مایع روی حرارت دفع شده از سطح بررسی شده و راه حل هایی برای بهبود بازده فرایند خنک کاری سطح ارائه شد. کلمات کلیدی: برخورد قطره- سطح داغ- روش سطح تراز- روش سیال مجازی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی