Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Reza Pishevar,Ebrahim Shirani
احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Farzan Tavakoli
فرزان توکلی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1384

TITLE

Numerical Simulation of Deformation and Movement of a Droplet on a Surface
Numerical simulations of deformation and movement of a three-dimensional droplet on solid surfaces were carried out using the PLIC-VOF method. Many engineering and industrial applications involve movement of droplets over solid surfaces, for example, spreading of droplets on a surface in coatings process or production of droplets of water in the channels of PEM fuel cells. First, four different surface tension models are examined by simulating a three-dimensional stationary drop in a gas and it is found out that the SGIP model has the best performance as a surface tension model. The main problem in the numerical modeling of surface tension forces is the production of so-called “spurious” or “parasitic” currents, which are generated due to the different density of two phases in the interfacial region. Thus, the spurious currents and the effective parameters on these currents are studied. Then, using SGIP model and applying dynamic contact angle as a boundary condition, the dynamics of droplet impact and spreading on inclined surfaces is simulated. The effects of the impact velocity of the droplet and inclined angle on the deformation and movement of the drop are studied. Then, this model is used to simulate the deformation and movement of a droplet sitting on a solid surface while flow of surrounding fluid is moving on top of it and the fluid flow causes the droplet to deform and move. The effect of equilibrium contact angle, droplet radius, viscosity, density and velocity of the surrounding fluid on the droplet motion is considered.
در این پایان‌نامه هدف شبیه‌سازی عددی حرکت و تغییر شکل قطره بر روی سطح و بررسی مدل‌های کشش می‌باشد. مطالعه در مورد قطرات در علوم و مهندسی دارای کاربرد و اهمیت زیادی است. یکی از این مسائل وجود قطرات بر روی سطح کاتدی در پیل‌های سوختی دارای غشاء مبادله کننده‌ی پروتون می‌باشد. در این پیل‌های سوختی مدیریت آب اهمیت ویژه‌ای دارد و وجود قطرات آب باعث کاهش عملکرد پیل سوختی می‌شود. بنابراین با استفاده از یک فن کوچک الکتریکی قطرات آب ایجاد شده بر روی سطح را جاروب می‌کنند. به منظور شبیه‌سازی جریان قطره به روش عددی از یک کد کامپیوتری که جریان سطح مشترک را به صورت سه بعدی حل می‌کند استفاده شده‌است. معادلات ناویر استوکس به روش حجم محدود با استفاده از روش گام جزئی به صورت صریح و با کمک روش چند شبکه‌ای در یک شبکه‌ی جابجا شده‌ی یکنواخت حل می‌شود و سطح مشترک سیال با استفاده از روش PLIC-VOF مدل می‌شود. نتایج به دست آمده در این پایان‌نامه در چهار بخش عمده تقسیم می‌شود. ابتدا چهار روش عددی برای مدل کردن کشش سطحی بر روی کد کامپیوتری موجود اعمال شده و یک قطره‌ی ساکن به منظور بررسی توزیع فشار و جریان‌های پارازیتی، شبیه‌سازی شده‌است. جریان‌های پارازیتی به علت اعمال نیروی کشش سطحی در مسائل سطح مشترک شبیه‌سازی شده با روش‌های اویلری ایجاد می‌شوند. نتایج به دست آمده با مطالعات پیشین مقایسه شده سپس با مقایسه‌ی توزیع فشار داخل و خارج قطره و مقایسه‌ی جریان‌های پارازیتی در این چهار روش‌، دقیق‌ترین روش برای مدل کردن کشش سطحی، یعنی روش SGIP برای مطالعات آتی برمی‌گزیده شده‌است. سپس با هموار کردن شکل قطره در شرایط اولیه باعث کاهش جریان‌های پارازیتی شده و نتایج حاصل بهبود یافته است. در قدم بعدی جریان‌های پارازیتی ناشی از اعمال نیروی کشش سطحی مطالعه گردیده و اثر پارامترهای مختلف چون اندازه‌ی شبکه، اندازه‌ی قطره، لزجت و چگالی بر این جریان‌ها برای یک قطره‌ی ساکن بررسی شده‌است. سپس حرکت قطره روی سطح شیب‌دار پس از برخورد قطره با سطح بررسی شده‌است. بدین منظور، ابتدا مدل زاویه‌ تماس دینامیکی برای یک مورد که نتایج تجربی‌ و عددی آن موجود است، اعمال شده و نتایج به دست آمده را با نتایج موجود مقایسه کرده‌ایم. پس از اطمینان از صحت نتایج به دست آمده، اثر سرعت برخورد قطره با سطح شیب‌دار و زاویه‌ی سطح شیب‌دار بررسی شده‌است. سپس حرکت قطره روی سطح در اثر جریان سیال شبیه‌سازی شده‌است. در این راستا ابتدا به مطالعه‌ی شبکه پرداخته سپس اثر پارامترهای مختلف، از جمله اندازه‌ی قطره، زاویه تماس، نسبت چگالی‌ها، لزجت و سرعت سیال، بر تغییر شکل و حرکت قطره با مقایسه‌ی شکل قطره و بررسی سرعت مرکز جرم قطرات در طول زمان برای سیزده مورد شبیه سازی شده، بررسی شده‌است. در نهایت شبیه‌سازی جریان برای محدوده‌ای از اعداد بی‌بعد صورت گرفته و به رابطه‌ای برای سرعت حرکت قطره بر حسب عدد وبر در محدوده‌ی مورد مطالعه به دست آمده است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی