26198

تحليل تاثير تغييرات شيب سطح بر روي رشد، حركت و ادغام قطرات در چگالش قطره اي

ارشد

مهندسي مكانيك گرايش تبديل انرژي

نيمسال اول 1401-1400

1400/09/28

دكتر حميد صفاري

دكتر سيدمصطفي حسينعلي پور

مكانيك

ادغام قطرات يك پديده رايج در طبيعت است و در زمينه‌هاي مختلفي كاربرد دارد. ادغام و يا چسبندگي قطرات در حالت كلي زماني رخ مي دهد كه قطرات به يكديگر متصل شده و تشكيل يك قطره منفرد را مي دهند. اين پايان نامه از طريق شبيه سازي به بررسي رفتار ديناميكي ادغام دو قطره با اندازه برابر و نابرابر آب بر روي سطح شيبدار مي پردازد. اثر زاويه شيب سطح و اندازه قطرات بر ديناميك رفتاري پل مايع و خط تماس سه فازي قطره ادغام شده مطالعه شده است. براي شبيه سازي اين مساله از نرم افزار المان محدود كامسول نسخه 4/5 بكار گرفته شده است. جريان سيال قطرات آرام و براي رديابي فصل مشترك بين دو سيال آب و هوا روش تنظيم سطح بكار گرفته شده است. پديده پيوند، حركت قطره آميخته شده را بر روي سطح مايل به دليل اثر غالب نيروي ثقل افزايش داد. در جريان حل، پيوسته برهم كنش نيروهاي گرانش و كشش سطحي به طور متناوب بر جريان سيال غالب شده و باعث ايجاد نوسانات مي شوند. در شروع فرآيند ادغام پل مايعي به صورت مقعر مابين دوقطره شكل مي گيرد، نتايج بدست آمده نشان مي دهد كه فرآيند ادغام قطرات با قطر كمتر نسبت به قطرات با اندازه بزرگتر متفاوت مي باشد. در قطرات كوچكتر نوسانات شديد تري در ناحيه پل مايع و جابجايي خط سه فاز، نسبت به قطرات بزرگتر رخ مي دهد. در قطرات كوچك با افزايش شيب سطح نوسانات در جابجايي نقاط ابتدايي و انتهايي خط سه فاز شدت مي يابد. در حالي كه اين مساله باعث تضعيف نوسانات فركانس بالا در ناحيه پل مايع مي شود. براي ادغام قطرات بزرگ، جابجايي‌هاي انتهاي جلويي و انتهاي عقبي قطره، به طور يكنواخت افزايش مي يابد. در اين حالت نوسانات به علت تاثير نيروي اينرسي به سرعت ميرا مي شود. شعاع پل مايع به سرعت با نوسانات كمتري پس از رسيدن به حداكثر ارتفاع خود كاهش يافته و به مقدار پاياي خود مي رسد. همچنين ادغام قطرات نابرابر بر روي سطح شيبدار و سطح صاف بررسي شد. نتايج نشان مي دهد، ديناميك رفتاري فرآيند ادغام در حالت كلي مشابه با ادغام قطرات با اندازه برابر مي باشد. سرعت تشكيل پل مايع در اين حالت نسبت به ادغام قطرات متقارن بيشتر بوده كه منجر به ايجاد نوسانات بيشتر با دامنه نوسانات پايين و فركانس نوساني بالا مي شود.

1400/12/18

Analysis of the effect of surface slope changes on the growth, motion, and coalescence of droplets in dropwise condensation

12/21/2022 12:00:00 AM

Coalescence between two liquid drops is a common phenomenon in nature and encountered in a wide variety of fields. The merging or adhesion of droplets occurs in the general case when the droplets are bonded together and form a single drop. This thesis tries to investigate the dynamic behavior of two drops of the equal and unequal amount of water on the inclined surface. The effect of the surface slope angle and the size of the droplets on the behavioral dynamics of the fluid bridge and the triple-phase contact line is studied. In order to simulate this problem, finite element simulations are used in COMSOL Multiphysics 5.4. The fluid flow of the droplets is laminar and the level set method is used to trace the interface between the air and water fluids. The merging phenomenon increased the motion of the coalesced droplet on the inclined surface due to the dominant effect of gravity force. During the solution, the interaction of gravitational forces and surface tension continuously dominates the fluid flow and causes oscillations. At the beginning of the merger process, a liquid bridge is formed concavely between the two drops. The results show that the process of merging droplets with a smaller diameter is different from droplets with a larger size. In smaller droplets, more intense oscillations occur in the area of the liquid bridge and the displacement of the three-phase line than in larger droplets. In small droplets, the fluctuations in the displacement of the beginning and endpoints of the three-phase line increase with increasing the slope of the surface. While this issue weakens the high-frequency fluctuations in the area of the liquid bridge.For merging large droplets, the forward and rear end displacements of the droplet increase uniformly. For merging large droplets, the forward and rear end displacements of the droplet increase uniformly. In this case, the oscillations are quickly dampened due to the effect of inertial force. The radius of the liquid bridge decreases rapidly with fewer oscillations after reaching its maximum height and reaching its stable value. Also, the coalescence of unequal droplets on the inclined surface and the horizontal surface was investigated. The results show that the behavioral dynamics of the coalescence process are generally similar to the coalescence of droplets of equal size. The rate of liquid bridge formation, in this case, is faster than the merging of symmetric droplets, which leads to more oscillations with low oscillation amplitude and high oscillation frequency.

: ادغام قطرات , تنظيم سطح , سطح شيبدار , چگالش قطره اي , پيوند قطرات , چسبندگي

droplets merging , Level set , Inclined surface , dropwise condensation , droplet coalescence , Adhesion

Omid Jabbarifar

Dr.Hamid Saffari