مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی زاویه تماس در شبیه‌سازی برخورد قطره به سطح جامد در روش حجم سیال

نویسندگان
1 فارغ التحصیل دانشگاه تربیت مدرس
2 دانشیار دانشگاه تربیت مدرس
3 دانشجوی دکترای دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
در مطالعۀ حاضر، به بررسی مدل‌های زاویۀ تماس در پیش بینی رفتار قطره پس از برخورد به سطح جامد پرداخته و با هم مقایسه می‌شوند. دوفاز غیرقابل تراکم، مخلوط نشدنی و سیال‌ها نیوتنی فرض شده اند. برای شبیه‌سازی فصل مشترک بین دوفاز از روش حجم سیال تابع رنگ (CF_VOF) در نرم‌افزار متن باز اپن فوم استفاده شده است. مدل‌های مختلف زاویۀ تماسی همچون: مدل تانر و مدل یوکویی در این نرم افزار پیاده و با مدل‌های موجود در آن همچون: مدل زاویه تماس استاتیکی و دینامیکی مقایسه شده‌است. این مطالعه نشان می‌دهد مدل زاویۀ تماس استاتیکی با وجود سادگی بهترین مدل برای پیش بینی رفتار قطره در محدودۀ وسیعی از شرایط مختلف برخورد قطره به سطح جامد است. نشان داده شده ویسکوزیتۀ سیال در تعیین نوع الگوی برخورد قطره تاثیرگذار است و با افزایش ویسکوزیتهً سیال انرژی بیشتری برای برخاست دوباره قطره از سطح لازم است. همچنین ناپایداری کلوین- هلمهولتز ناشی از اختلاف سرعت بین دو فاز قطره و هوا، بعنوان عاملی در تغییر شکل فصل مشترک بوده و با ایجاد طول موج‌هایی روی سطح مشترک در شبیه‌سازی‌ها دیده شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Contact Angle Comparison of Droplet Impact on Solid Surface Using VOF

نویسندگان English

Sahar Jafari 1
Mohammad Reza Ansari 2
Nima Sam Khaniani 3
2 -
چکیده English

In present work, models that predict contact angle of a droplet with a solid surface, are considered and compared with each other. Two phases were assumed to be Newtonian, incompressible and immiscible fluids. OpenFOAM software is applied to simulate the two phases interface by using Color function VOF (CF-VOF) method. Different models for contact angle of a droplet as Tanner and Yokoi models are implemented in the OpenFOAM. In addition, the dynamics and statics contact angle models were used to compare with recent models in order to choose the best one. The outcome of study shows, even though the static contact angle model is simple to understand, however, it could be the best model to predict the droplet behavior in a wide range of different conditions. The fluid viscosity effect was also considered in different models of the present study. It concluded that the fluid viscosity affects the type of pattern of droplet impact and as viscosity of fluid increases; more energy is needed to uplift the droplet again from the surface. Kelvin-Helmholtz instability (K-H) was also simulated and explained in details which initiates on the interface of two fluids due to velocity differences of droplet and the surrounded air.

کلیدواژه‌ها English

Two-phase droplet flow
Interface deformation
Droplet impact on solid interface
Contact angle
K-H instability