شبیه سازی و تحلیل حجم باقی مانده برخورد قطره با سیلندر با مقطع لوزی شکل به روش حجم سیال
Subject Areas : Mechanical EngineeringJavad Alishah 1 , Soroush Madah 2 , جواد علی نژاد 3 , yassr rostamiyan 4
1 - دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک دانشگاه ازاد اسلامی واحد ساری
2 - گروه مکانیک دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه ازاد اسلامی واحد ساری
3 - گروه مکانیک،دانشکده فنی دانشگاه ازاد اسلامی واحد ساری، ایران
4 - گروه مکانیک دانشکده فنی دانشگاه ازاد اسلامی واحد ساری ایران
Keywords: سیلندر, مقطع لوزی, حجم باقی مانده, قطره, روش حجم سیال ,
Abstract :
در این مقاله برخورد یک قطره آب روی یک سیلندر افقی با سطح مقطع لوزی به صورت سه بعدی شبیه سازی شده است. نوآوری کار حاضر بررسی تغییر شکل، تقسیم و حجم باقی مانده برخورد قطره نیوتنی با سطح مقطع لوزی می‌باشد. برای شبیه سازی عددی این پدیده، از روش حجم سیال بر اساس زاویه تماس دینامیک جهت ردگیری سطح مشترک سیال - جامد استفاده شده است. برای اعتبار سنجی نتایج برخورد قطره آب با قطر mm 2 با سرعت m/s 1 روی لوله ای افقی با قطر mm 18/3 با mm 55/1 انحراف از مرکز، شبیه سازی شده است. تصاویر شبیه سازی شده تغییر شکل قطره پس از برخورد به خوبی با نتایج آزمایشگاهی تطابق دارد. سپس برخورد قطره روی سیلندرهای با مقطع لوزی مورد بررسی قرار گرفت. محاسبه حجم باقیمانده و تقسیم شده قطره نشان می دهد که حداکثر حجم باقیمانده قطره (m39-10×7522/2) روی استوانه با قطر4/2 d = سرعت m/s1=v و حداقل حجم باقیمانده قطره (m39-10×8391/0) روی استوانه با قطر6/1 d = میلی متر و سرعت m/s2 = v می‌باشد.
[1] J. Q. Feng, "A deformable liquid drop falling through a quiescent gas at terminal velocity", J. Fluid Mech, 2010, 658, 438-462.
[2] L. Gottesdiener, D. Gueyffier, M. Abdelouahab, R.Gatignol, and S. Zaleski, "Mumerical simulations of large falling drops", Int. J . Mum. Methods Fluids, 2004, 45(1), 109-123.
[3] J. Han and G. Tryggvasson, "Secondary breskup of axisymmetric liquid drops. I. Acceleration by a constant body force" , Phys. Fluids, 1999, 11(12), 36-50.
[4] ShinanChang, HeSong, KeWu, “Experimental investigation on impact dynamics and freezing performance of water droplet on horizontal cold surface,” Sustainable Energy Technologies and Assessments, Vol. 45, 101128, 2021.
[5] Zhiyuan Ma, W.Xiong, P.Cheng, “3D Lattice Boltzmann simulations for water droplet's impact and transition from central-pointy icing pattern to central-concave icing pattern on super cooled surfaces. Part II: Rough surfaces,” International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 172, 121153, 2021.
[6] KeZhao, YuWang, YangDing, YanlongJiang, “Numerical and theoretical study on the spreading characteristics of droplet impact on a horizontal flowing liquid film,” Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 616, 126338, 2021.
[7] JiaLuo, Shuang-YingWu, LanXiao, Zhi-LiChen, “Parametric influencing mechanism and control of contact time for droplets impacting on the solid surfaces,” International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 197, 106333, 2021.
[8] HaixiangZhang, XiwenZhang, XianYi, FengHe, Fenglei Niu, PengfeiHao, “Effect of wettability on droplet impact: Spreading and splashing,” Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 124, 110369, 2021.
[9] TaoLi, LishuZhang, MingyuLid, MengYan, ErliNi, YingRuan, HuiLi, “Non-retraction rebound of the impacting nano-droplets,” Journal of Molecular Liquids, Vol. 329, 115521, 2021.
[10] JiajunWang, GangtaoLiang, TianjiaoWang, YiZheng, HaibingYu, ShengqiangShen, “Interfacial phenomena in impact of droplet array on liquid film,” Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 615, 126292, 2021.
[11] TianyuMa, DaweiChen, HaiquanSun, DongjunMa, AiguoXu, PeiWang, “Dynamic behavior of metal droplet impact on dry smooth wall: SPH simulation and splash criteria,” European Journal of Mechanics - B/Fluids, in press, 2021.
[12] VsevolodSklabinskyi, IvanPavlenko, “Intensification of mass transfer processes through the impact of the velocity gradient on hydrodynamics and stability of liquid droplets in a gas flow,” Chemical Engineering Science, 235, 116470, 2021.
[13] YanzhouQin, QiaoyuGuo, RouxianChen, YuanZhuang, YulinWang, “Numerical investigation of water droplet impact on PEM fuel cell flow channel surface,” Renewable Energy, Vol. 168, pp. 750-763, 2021.
[14] Yee LiFan, ZhibingZhan, ChunleiGuo, Jeong-HyunKim, JinkeeLee, “Retraction dynamics of a water droplet impacting onto a micro grooved hydrophobic surface at different velocities and surface temperatures,” International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 168, 120851, 2021.
[15] ZhenyanXia, YangZhao, ZhenYang, ChengjuanYang, LinanLi, ShibinWang, MengWang, “The simulation of droplet impact on the super-hydrophobic surface with micro-pillar arrays fabricated by laser irradiation and salinization processes,” Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 612, 125966, 2021.
[16] G.Y.Li, X.J.Ma, B.W.Zhang, H.W.Xu, “An integrated smoothed particle hydrodynamics method for numerical simulation of the droplet impacting with heat transfer,” Engineering Analysis with Boundary Elements, Vol. 124, p.p. 1-13, 2021.
[17] KeisukeUeda, Lynne S.Taylor, “Partitioning of surfactant into drug-rich nanodroplets and its impact on drug thermodynamic activity and droplet size,” Journal of Controlled Release, Vol. 330, p.p. 229-243, 2021.
[18] C. W. Hirt and B. D. Nichols, Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries", J. Comput. Phys., 1981039, 201.
[19] Pasandideh-Fard M, Bussmann M, Chandra S, Mostaghimi, J (2001) Simulating Droplet Impact On a Substrate of Arbitrary Shape. Atomization Sprays 11(4):397–414.