Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad saeed Saeedi,Ahmad Reza Pishevar
محمدسعید سعیدی (استاد مشاور) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Najmeh Ghorbani
نجمه قربانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Mesoscopic Hydrodynamic Simulation of Drop Impact on a Solid Surface Using DPD Method
Drop impact on solid surface has many industrial applications such as surface coating, steam turbines, spray cooling, erosion of soils, fuel injection in engines, forensic medicine,ink-jet printing and many other applications in chemical processes. Limitations in experimental and analytical methods for exploiting behavior of mesoscale drops during the impact to the rigid surfaces, conduct us to use numerical simulation for this study. Methods like Monte carlo and molecular dynamics have been used to analyze the statics and dynamics of drop on solid surface but these methods are limited to small time and length scales. To solve these problems, a three dimensional particle-based method called Many-body Dissipative Particle Dynamics (MDPD) which can be used at meso-level simulations is selected and used in this project.In MDPD, soft-core potential is used and dissipative, random and conservative forces are the three forces that act on any particle according to Newton’s second and third laws.Like standard DPD method, dissipative and random forces are used to produce viscous effects and account for the lost degrees of freedom because of coarse-graining, respectively. MDPD differs from its predecessor, DPD method in the definition of conservative forces acting between particles. In DPD, conservative force is added to account for non-ideality of the system and only contains a repulsive term. In MDPD, rather than assuming the dependence of the force on the interparticle separation, repulsive term is made additionally dependent on the instantaneous local particle density and an attractive term is added to the conservative force that acts on a longer range than repulsive term for each particle. Solid surface contains freezing particles which don’t move but interact with liquid particles. Hydrophobic and hydrophilic surfaces can be modeled by changing the liquid-solid conservative force amplitude and color function is used for measuring the drop static contact angle on the solid surface. In this project the influence of patterned substrates on the static contact angle is also exploited by simulating surfaces in various surface fractions and their results are compared with Cassie-Baxter's law. Dynamic wetting is studied by simulating the drop impact on horizontal and homogeneous surface in this work. In this work dimensionless drop diameter change and dimensionless drop height change versus dimensionless time are compared with experimental results at three static contact angles. For searching the influence of surface energy on drop spreading process, drop impact in various We numbers are simulated and their dimensionless drop height change and dimensionless drop diameter change diagrams are compared. Key words : Many-body Dissipative Particle Dynamics, Nanodrop, Hydrophobic surface, Hydrophilic surface, Wettability, Drop impact, Drop spread
برخورد قطره با سطح جامد کاربردهای صنعتی زیادی دارد که از جمله آنها می توان به پوشش دهی سطحی, توربین بخار, خنک کنندگی پاششی, فرسایش خاک, پاشش سوخت در موتور, پاشش خون در پزشکی قانونی, چاپگرهای جوهر افشان و بسیاری کاربردهای دیگر در فرآیندهای شیمیایی اشاره کرد. محدودیت روش های تجربی و تحلیلی در بیان رفتار قطرات مزو مقیاس در زمان برخورد با سطح صلب, مارا به استفاده از روش های عددی سوق می دهد. روش هایی مانند Monte Carlo و MD برای تحلیل رفتار قطره روی سطح بکار گرفته شده است ولی این روش ها به مقیاس های زمانی و مکانی کوچک محدود می شوند. از این رو در این تحقیق از یک روش سه بعدی دانه بندی ومبنا ذر ای که به MDPD معروف است و در مقیاس مزو کاربرد دارد استفاده می شود. این روش یک روش کوتاه برد است که ذرات در آن تا یک شعاع برش با هم اندرکنش دارند. در این تحقیق از الگوریتم link cells برای یافتن سریع ذرات همسایگی هر ذره استفاده می شود. در این روش از یک پتانسیل نرم و سه نیروی استهلاکی, تصادفی و بقایی بین ذرات بر اساس قانون دوم و سوم نیوتن استفاده می شود. از الگوریتم Velocity-verlet برای انتگرال گیری از معادلات حرکت استفاده می شود و گام زمانی بر اساس رسیدن به چگالی مورد نظر تنظیم می شود. همانند روش DPD در این روش نیروهای استهلاکی و تصادفی به ترتیب برای بیان اثرات ویسکوزیته و جبران کاهش درجات آزادی سیستم که ناشی از دانه بندی است به سیستم اضافه می شود و تفاوت این روش با روشDPD در تعریف نیروی بقایی است. در روش DPD این نیرو بخاطر غیر ایده آل بودن سیستم به آن اضافه می شود و تنها شامل یک ترم دافعه است. در روش MDPD شامل یک ترم جاذبه ثابت و یک ترم دافعه متناسب با چگالی محلی ذرات است که شعاع اثر آن کوتاه تر از ترم جاذبه است. در این تحقیق, سطح از ذرات منجمدی تشکیل شده است که حرکت ندارند و آبدوستی یا آبگریزی سطح با تغییر ضریب جاذبه نیروی بقایی بین ذرات سطح و سیال ایجاد می شود و از تابع رنگ برای اندازه گیری زاویه تماس استاتیکی استفاده می شود. در این تحقیق اثر طرح دار کردن سطح روی زاویه تماس استاتیکی بررسی و نتایج آن با قانون Cassie-Baxter مقایسه می شود. تر شندگی دینامیکی قطره روی سطح همگن افقی در این تحقیق بررسی می شود. پخش قطره روی سطح با افزایش قطر و کاهش ارتفاع قطره همراه است. پدیده بازگشت قطره پس از رسیدن قطره به سکون تا زمان تعادل اتفاق می افتد. در این تحقیق تغییر ارتفاع و قطر بدون بعد قطره بر حسب زمان بی بعد با نتایج تجربی در سه زاویه تماس استاتیکی مقایسه می شود. برای تحقیق اثر انرژی سطح بر فرآیند پخش، برخورد قطره در چند عدد We مختلف بررسی و نمودارهای تغییرات ارتفاع و قطر بی بعد آنها با هم مقایسه خواهد شد. کلمات کلیدی: دینامیک استهلاکی ذره، نانو قطره، سطح آب گریز، سطح آبدوست ، تر شوندگی، برخورد قطره, پخش قطره

ارتقاء امنیت وب با وف بومی