مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه سازی برخورد همزمان دو قطره موازی بر روی لایه ی نازک مایع با استفاده از روش شبکه بولتزمن

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد
2 هیات علمی
چکیده
در این مقاله برخورد همزمان دو قطره‌ی موازی بر روی فیلم نازک مایع به روش شبکه بولتزمن مورد بررسی قرار می‌گیرد. هدف از این پژوهش بررسی تأثیر مقدار کشش سطحی (در قالب عدد وبر)، فاصله بین دو قطره و لزجت سینماتیک گاز بر روی برخورد است. مدل عددی توسعه داده شده در این مقاله که بر پایه مدل دوفازی تک جزئی شان و چن است، امکان دست‌یابی به نسبت چگالی‌هایی به بزرگی 1000، لزجت‌های کم و تنظیم مقدار کشش سطحی مستقل از نسبت چگالی را فراهم می‌کند. اعتبار‌سنجی مدل دوفاز با مقایسه چگالی فازها با مقادیر متناظر از حل تحلیلی ماکسول، ارزیابی قانون لاپلاس برای قطره و شبیه‌سازی برخورد یک قطره به سطح مایع صورت می‌گیرد. نتایج شبیه‌سازی برخورد همزمان دو قطره نشان می‌دهد که پس از برخورد، دو جتی که بین دو قطره بالا آمده‌اند به یکدیگر می‌پیوندند و تشکیل یک جت مرکزی می‌دهند. ارتفاع این جت به مرور زمان افزایش می‌یابد که منجر به جدا شدن قطره‌های ثانویه از نوک آن می‌شود. با کاهش مقدار کشش سطحی ارتفاع جت مرکزی افزایش امّا اندازه قطره‌های جدا شده از آن کاهش می‌یابد. شکل تاج مشاهده شده در برخورد یک قطره در برخورد همزمان دو قطره نیز دیده می‌شود. افزایش فاصله بین دو قطره سبب کاهش ارتفاع جت مرکزی و افزایش شعاع تاج می‌‌شود. با این وجود میزان ارتفاع تاج مستقل از فاصله بین دو قطره مشاهده شد. در نهایت افزایش لزجت گاز سبب کاهش سرعت بالا آمدن جت مرکزی و تأخیر در جدا شدن قطره‌های ثانویه از نوک آن می-گردد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Modeling of simultaneous impact of two parallel drops on a thin liquid film using Lattice Boltzmann Method

نویسندگان English

Soroush Fallah Kharmiani 1
Mohammad Passandideh Fard 2
Hamid Niazmand 2
چکیده English

In this paper, simultaneous impact of two parallel drops on a thin liquid film is investigated using the lattice Boltzmann method. The purpose of this study is to investigate the effects of surface tension (characterized by Weber number), distance between two drops, and gas kinematic viscosity on the impact. The developed numerical model in this paper which is based on the Shan and Chen pseudo-potential two-phase model makes it possible to access large density ratios, low viscosities, and tunable values of surface tension independent of the density ratio. The model is validated by comparing the coexistence densities with those of Maxwell analytical solution, evaluating the Laplace law for a droplet, and simulating single droplet impact on a thin liquid film. Simulation results of two drops simultaneous impact show that after impact, two jets raised between the drops join each other and form a central jet. Height of this jet increases with time leading to separation of secondary droplets from its tip. When the surface tension value is decreased, the central jet height is increased, but size of the separated droplets is reduced. The crown shape observed in single drop impact is also seen in simultaneous impact of two drops. Increasing distance between two drops leads to a smaller central jet height and an increase in the crown radius. The crown height, however, was found to be independent of the distance. Finally, increasing gas kinematic viscosity reduces the central jet rising speed and delays separation of secondary droplets from the jet.

کلیدواژه‌ها English

Lattice Boltzmann Method
Impact
Droplet
single component two-phase
Shan and Chen