• شماره ركورد
    34440
  • پديد آورنده

    سيد رضا حسيني

  • عنوان
    مطالعه رفتار ديناميكي و انجماد قطرات فوق سرد در برخورد با سطوح جامد
  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك - گرايش تبديل انرژي
  • سال تحصيل
    1395
  • تاريخ دفاع
    1403/11/17
  • استاد راهنما
    دكتر نوروز محمد نوري - دكتر مهدي مقيمي
  • استاد مشاور
    -
  • دانشكده
    مهندسي مكانيك
  • چكيده
    برخورد يك قطره فوق سرد بر روي سطح چالش اصلي بسياري از فرآيندهاي صنعتي و هوانوردي است. در بخش اول اين پژوهش سعي شده است كه اثر مورفولوژي سطح بر روي ديناميك قطره برخوردي و جدايش آن از سطح مورد بررسي قرار گيرد. همچنين به بررسي اثر تغييرات عدد وبر و اثر تغييرات دماي فوق سرد بودن قطره نيز پرداخته شده است. در بخش اول، شبيه سازي برخورد قطره فوق سرد و انجماد آن با به¬كارگيري روش حجم سيال و با استفاده از زاويه تماس ديناميكي در 20 حالت مختلف انجام شده است. دماي سطح در كليه شبيه سازي¬ها ℃30- بوده است. در نهايت مشخص گرديد كه در محدوده¬ عدد وبر از 19 تا 50، در صورتي كه دماي فوق سرد قطره بيشتر از 266 كلوين باشد و عرض شيارها كمتر از mm 0.21 باشد، اين تضمين وجود دارد كه قطره پس از برخورد، از سطح جدا شود. در بخش دوم اين پژوهش، پارامتر جريان هواي عرضي و تغيير چيدمان پيلارها نيز به مسئله اضافه شده است. چرا كه در برخي موارد، مانند پره‌‌هاي توربين بادي، برخورد قطرات فوق سرد در هواي ساكن رخ نمي‌‌دهد. در ادامه براي اولين بار، اثرات جريان عرضي هوا بر رفتار حرارتي سيال يك قطره فوق سرد به صورت عددي بررسي گرديده است. همچنين اثرات تغيير چيدمان پيلارهاي روي سطح فوق آب گريز بررسي شد. در مجموع نتايج 24 شبيه سازي سه بعدي در نرم افزار ANSYS Fluent مورد تحليل قرار گرفت و با هم مقايسه گرديد. روش حجم سيال براي شبيه سازي جريان چند فازي انتخاب شده است. مدل انجماد با روش در نظر گرفتن دماي فوق سرد بهبود يافته است. نتايج نشان مي‌‌دهد كه سرعت جريان عرضي زمان جداشدن قطره را به صورت تصاعدي كاهش مي‌‌دهد و به جدايش قطره از سطح قبل از شروع انجماد كمك مي‌‌كند. با اين حال، افزايش بيش از حد در سرعت جريان عرضي اثر معكوس دارد و ممكن است از جدا شدن قطره به دليل نيروي درگ قابل توجه جلوگيري كند. بهترين مقدار سرعت جريان عرضي m/s 8 است كه زمان جداشدن را به صورت تصاعدي از ms 16.3 به ms 12.5 براي يك سطح سرد با الگوي پيلار ساده كاهش مي‌‌دهد. زمان جداشدن كاملاً تحت تأثير شرايط شبيه‌سازي است و مي تواند از ms 29.2 در حالت عادي به ms 11.85 در بهترين حالت كاهش يابد كه مقدار كاهش بسيار قابل توجهي است. حداكثر نرخ پخش شدگي قطره، برخلاف زمان جداشدن قطره، به طور جدي تحت تأثير درصد فضاي خالي سطح پيلاردار قرار دارد و از 1.53 تا 1.69 متغير است.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/10/16
  • عنوان به انگليسي
    Investigation of the dynamic behavior an‎d freezing of supercooled dro‎plets in collision with solid surfaces
  • تاريخ بهره برداري
    1/21/2026 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    سيد رضا حسيني

  • چكيده به لاتين
    The impact of a supercooled dro‎plet on a surface is a primary challenge of many industrial an‎d aeronautical processes. In the first part of this study, we investigated the effect of surface morphology on the impacting-freezing process of a supercooled dro‎plet. Also, the variations of Weber number an‎d supercooling temperature were studied numerically. The dro‎plet impact an‎d freezing process were simulated with the volume of fluid method an‎d freezing model. A more accurate simulation was achieved by modeling the supercooled dro‎plet an‎d the dynamic contact angle. At the given ranges of the input parameters, the main factors that guaranteed dro‎plet rebounding after collision were determined. The supercooling temperature an‎d the groove width should be above 266 K an‎d less than 0.21 mm, respectively. The dro‎plet should also maintain its cohesion an‎d integrity during impact. Creating grooves on a surface is novel an‎d paves a new way to understan‎d the impact an‎d solidification of water dro‎plets in supercooled conditions. In the second part of this study, for the first time, the effects of the air transverse flow (ATF) on the thermal-fluid behavior of a supercooled dro‎plet were investigated numerically. Also, different patterns of a superhydro‎phobic pillared surface were used in 24 three-dimensional simulations in ANSYS Fluent software. The volume of fluid method is chosen for the simulation of the multiphase flow. The ATF forces, the freezing effects, an‎d the surface tension forces are included in the Navier-Stokes equations. The freezing model is improved by the supercooling temperature consideration method. The results show that the ATF velocity reduces the separation time exponentially an‎d helps the dro‎plet bounce from the surface before freezing inception. However, the excessive increase in ATF velocity has the opposite effect an‎d may prevent the dro‎plet from detaching the surface due to notable drag. The best value of the ATF velocity is obtained to be 8 m/s, which reduces the separation time exponentially from 16.3 ms to 12.5 ms for a cold surface with a simple pillar pattern. The separation time is entirely affected by the simulation conditions an‎d varies from 11.85 ms to 29.2 ms. The maximum spreading factor, despite the separation time, is seriously influenced by the void fraction percentage of different pillared surfaces an‎d varies from 1.53 to 1.69.
  • كليدواژه هاي فارسي
    يخ گريزي , قطره فوق سرد , برخورد قطره به سطح , تغيير فاز قطره , مورفولوژي سطح , جريان هواي عرضي , روش حجم سيال
  • كليدواژه هاي لاتين
    : Icephobicity , Supercooled dro‎plet , dro‎plet-surface impact , dro‎plet phase change , Air transverse flow , Volume of fluid method , Surface morphology
  • Author
    Seyed Reza Hosseini
  • SuperVisor
    Dr. Nouri & Dr. Moghimi