مطالعه عددی تاثیر خواص الاستیک سیال بر برخورد مایل قطره بر لایه سیال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه حرارت و سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، ایران

2 گروه سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

3 گروه حرارت و سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود

4 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه لاوال، کبک، کانادا

چکیده

در مقاله حاضر تشکیل و رشد تاج بر اثر برخورد مایل قطره بر لایه سیال در سیالات غیرنیوتنی ویسکوالاستیک به صورت عددی و در حالت دو بعدی تحت بررسی قرار گرفته است. از روش حجم محدود جهت مدلسازی معادلات حاکم و از روش حجم سیال جهت ردگیری سطح آزاد بین دو سیال استفاده شده است. در این مطالعه از مدل اولدروید- بی (Oldroyd-B) به عنوان معادله ساختاری جهت مدلسازی فاز سیال ویسکوالاستیک استفاده شده است. در تحلیل عددی حاضر تشکیل و رشد زمانی هندسه تاج مورد تاکید است و تاثیر نیروهای الاستیک سیال و کشش سطحی بر روی آن مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بیانگر آن است که افزایش در مقدار عدد وایزنبرگ، نسبت ویسکوزیته و عدد وبر سبب افزایش در مقادیر ارتفاع ( ) و طول پخش ( ) بدون بعد تاج در زمان‌های مختلف می‌شود. از طرفی در سیالات ویسکوالاستیک افزایش زاویه برخورد در کنترل متغیر ارتفاع هندسه تاج اثر قابل ملاحظه‌ای دارد و از طرف مقابل تاثیر چشمگیری بر طول پخش ندارد. همچنین نتایج بیانگر آن است که با افزایش ضخامت لایه سیال ارتفاع تاج افزایش و تغییرات طول پخش تاج روند کاهشی به خود می‌گیرد. از مهمترین نتایج قابل حصول از تحقیق حاضر می‌توان به تاثیر شگرف توامان خاصیت الاستیک سیال و کشش سطحی بر گسترش ابعاد تاج تشکیل شده از برخورد مایل قطره سیال اشاره کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical investigation on fluid elasticity effect in the impact of oblique drop on liquid film

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Rezaie 1
  • Mahmood Norouzi 2
  • Mohammad Hassan Kayhani 3
  • Seyed Mohammad Taghavi 4
1 Mechanical Engineering Department, Shahrood university of Technology, Shahrood, Iran
2 Faculty of Mechanical Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
3 Mechanical Engineering Department, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
4 Chemical Engineering Department, Laval University, Quebec, Canada
چکیده [English]

In this paper, the crown formation due to the oblique impact of a plane two-dimensional drop onto preexisting film in viscoelastic fluid is analyzed numerically. The finite volume method (FVM) is applied to simulate the governing equations and the volume of fluid (VOF) technique is used to track the free-surface of liquid. Here, the well-known Oldroyd-B model is used as the constitutive equation for viscoelastic phase. Here, formation and temporal evolution of the well-known crown parameters is emphasized, while presence of elastic and surface tension forces are considered. The results show that the increases in Weissenberg number, viscosity ratio and Weber number cause to increases in dimensionless crown height ( ) and spread factor ( ), while impact angle has major effect on crown height on the other hand has minor effect on spread factor in viscoelastic fluid. Also, the crown height increases and the crown radius decreases by film thickness. As a main finding of present study, we can conclude that the fluid elasticity in the presence of surface tension forces enhances the crown propagation in drop impact problem.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Viscoelastic fluid
  • oblique drop impact
  • Crown formation and propagation
  • Two phase flow
  • Volume of fluid (VOF)