Các hiệu ứng mao dẫn trong quá trình giọt nước va chạm lên bề mặt rắn

Physics of Fluids - Tập 8 Số 3 - Trang 650-659 - 1996
Mohammad Passandideh‐Fard1, Yuhui Qiao1, S. Chandra1, J. Mostaghimi1
1Department of Mechanical Engineering, University of Toronto, Toronto, Ontario M5S 1A4 Canada

Tóm tắt

Tác động của các giọt nước lên bề mặt rắn phẳng đã được nghiên cứu thông qua cả thí nghiệm và mô phỏng số. Góc liên kết lỏng – rắn đã được điều chỉnh trong các thí nghiệm bằng cách thêm một lượng nhỏ chất hoạt động bề mặt vào nước. Các giọt nước đang va chạm đã được chụp ảnh và các đường kính liên kết lỏng – rắn cũng như các góc liên kết đã được đo từ những bức ảnh. Một giải pháp số của phương trình Navier-Stokes đã được sử dụng để mô hình hóa sự biến dạng của giọt nước thông qua phương pháp SOLA-VOF đã được điều chỉnh. Các giá trị góc liên kết động đã đo được được sử dụng làm điều kiện biên cho mô hình số. Các giọt nước va chạm lan rộng trên bề mặt cho đến khi lực căng bề mặt lỏng và độ nhớt vượt qua lực quán tính, sau đó chúng sẽ co lại khỏi bề mặt. Việc thêm chất hoạt động bề mặt không ảnh hưởng đến hình dạng của giọt nước trong giai đoạn đầu của va chạm, nhưng lại làm tăng đường kính lan rộng tối đa và giảm chiều cao co lại. So sánh các hình ảnh được tạo ra bởi máy tính về các giọt nước va chạm với các bức ảnh cho thấy mô hình số mô hình hóa sự tiến hóa hình dạng của giọt nước một cách chính xác. Đã có được các dự đoán chính xác về đường kính liên kết của giọt nước trong quá trình lan rộng và ở trạng thái cân bằng. Mô hình đã dự đoán quá mức về đường kính liên kết của giọt nước trong quá trình co lại. Giả định rằng độ căng bề mặt động của dung dịch chất hoạt động bề mặt là hằng số, bằng với nước tinh khiết, đã cho các hình dạng giọt nước dự đoán tốt nhất phù hợp với các quan sát thực nghiệm. Khi góc liên kết được giả định là hằng số trong mô hình, bằng với giá trị cân bằng đã đo, các dự đoán ít chính xác hơn. Một mô hình phân tích đơn giản đã được phát triển để dự đoán đường kính giọt nước tối đa sau va chạm. Các dự đoán của mô hình đã tương thích tốt với các phép đo thực nghiệm được báo cáo trong tài liệu. Các hiệu ứng mao dẫn đã được chỉ ra là không đáng kể trong quá trình giọt nước va chạm khi We≫Re1/2.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

1976, Solidification of droplets on a cold surface, Int. J. Heat Mass Transfer, 19, 1009, 10.1016/0017-9310(76)90183-6

1991, On the collision of a droplet with a solid surface, Proc. R. Soc. London A, 432, 13, 10.1098/rspa.1991.0002

1993, Experimental investigation of droplet deformation during wall collisions by image analysis, ASME Exp. Num. Flow Visualization FED, 172, 135

1993, Splat-quench solidification: Estimating the maximum spreading of a droplet impacting a solid surface, J. Mat. Sci., 28, 963, 10.1007/BF00400880

1967, The splash of a liquid drop, J. Appl. Phys., 38, 3855, 10.1063/1.1709031

1990, Numerical analysis of the deformation process of a droplet impinging upon a wall, JSME Int. J. Ser. (II), 33, 555

1992, Deformation and solidification of a droplet on a cold substrate, Chem. Eng. Sci., 47, 3059, 10.1016/0009-2509(92)87006-C

1993, Numerical simulation of substrate impact and freezing of droplets in plasma spray processes, J. Phys. D Appl. Phys., 26, 1900, 10.1088/0022-3727/26/11/010

1991, Mathematical modeling of the isothermal impingement of liquid droplets in spraying processes, Metall. Trans., 22B, 901

1992, Fluid flow, heat transfer, and solidification of molten metal droplets impinging on substrates: Comparison of numerical and experimental results, Metall. Trans., 23B, 701

1993, Modeling of the deformation of a liquid droplet impinging upon a flat surface, Phys. Fluids A, 5, 2588, 10.1063/1.858724

1982, The spreading of a drop by capillary action, J. Fluid Mech., 121, 425, 10.1017/S0022112082001979

1981, The effect of the contact line on droplet spreading, J. Fluid Mech., 223, 57

1991, On identifying the appropriate boundary conditions at a moving contact line: An experimental investigation, J. Fluid Mech., 230, 97, 10.1017/S0022112091000721

1995, Wetting effects on the spreading of a liquid droplet colliding with a flat surface: Experiment and modeling, Phys. Fluids, 7, 236, 10.1063/1.868622

1992, Adsorption dynamics of single and binary surfactants at the air/water interface, Colloid. Surf., 62, 321, 10.1016/0166-6622(92)80058-A

1992, Modified Langmuir-Hinshelwood kinetics for dynamic adsorption of surfactants at the air/water interface, Colloid. Surf., 69, 189, 10.1016/0166-6622(92)80230-Y

1960, The effect of dynamic surface tension on nucleate boiling coefficients, AIChE J., 6, 34, 10.1002/aic.690060107

1967, Dynamic contact angles: I—The effect of impressed motion, J. Colloid Interface Sci., 23, 389, 10.1016/0021-9797(67)90183-X

1975, A study of the advancing interface: I—Interface shape in liquid-gas systems, J. Colloid and Interface Science, 50, 228, 10.1016/0021-9797(75)90225-8

Thông tin
Thông tin xuất bản

Physics of Fluids

Tập 8 Số 3

650-659

Thông tin tác giả