شبیه سازی هیدرودینامیکی برخورد قطره در مقیاس مزو با سطح جامد به روش dpd
چکیده
برخورد قطره با سطح جامد کاربردهای صنعتی زیادی دارد که از جمله آنها می توان به پوشش دهی سطحی, توربین بخار, خنک کنندگی پاششی, فرسایش خاک, پاشش سوخت در موتور, پاشش خون در پزشکی قانونی, چاپگرهای جوهر افشان و بسیاری کاربردهای دیگر در فرآیندهای شیمیایی اشاره کرد. محدودیت روش های تجربی و تحلیلی در بیان رفتار قطرات مزو مقیاس در زمان برخورد با سطح صلب, مارا به استفاده از روش های عددی سوق می دهد. روش هایی مانند monte carlo و md برای تحلیل رفتار قطره روی سطح بکار گرفته شده است ولی این روش ها به مقیاس های زمانی و مکانی کوچک محدود می شوند. از این رو در این تحقیق از یک روش سه بعدی دانه بندی ومبنا ذر ای که به mdpd معروف است و در مقیاس مزو کاربرد دارد استفاده می شود. این روش یک روش کوتاه برد است که ذرات در آن تا یک شعاع برش با هم اندرکنش دارند. در این تحقیق از الگوریتم link cells برای یافتن سریع ذرات همسایگی هر ذره استفاده می شود. در این روش از یک پتانسیل نرم و سه نیروی استهلاکی, تصادفی و بقایی بین ذرات بر اساس قانون دوم و سوم نیوتن استفاده می شود. از الگوریتم velocity-verlet برای انتگرال گیری از معادلات حرکت استفاده می شود و گام زمانی بر اساس رسیدن به چگالی مورد نظر تنظیم می شود. همانند روش dpd در این روش نیروهای استهلاکی و تصادفی به ترتیب برای بیان اثرات ویسکوزیته و جبران کاهش درجات آزادی سیستم که ناشی از دانه بندی است به سیستم اضافه می شود و تفاوت این روش با روشdpd در تعریف نیروی بقایی است. در روش dpd این نیرو بخاطر غیر ایده آل بودن سیستم به آن اضافه می شود و تنها شامل یک ترم دافعه است. در روش mdpd شامل یک ترم جاذبه ثابت و یک ترم دافعه متناسب با چگالی محلی ذرات است که شعاع اثر آن کوتاه تر از ترم جاذبه است. در این تحقیق, سطح از ذرات منجمدی تشکیل شده است که حرکت ندارند و آبدوستی یا آبگریزی سطح با تغییر ضریب جاذبه نیروی بقایی بین ذرات سطح و سیال ایجاد می شود و از تابع رنگ برای اندازه گیری زاویه تماس استاتیکی استفاده می شود. در این تحقیق اثر طرح دار کردن سطح روی زاویه تماس استاتیکی بررسی و نتایج آن با قانون cassie-baxter مقایسه می شود. تر شندگی دینامیکی قطره روی سطح همگن افقی در این تحقیق بررسی می شود. پخش قطره روی سطح با افزایش قطر و کاهش ارتفاع قطره همراه است. پدیده بازگشت قطره پس از رسیدن قطره به سکون تا زمان تعادل اتفاق می افتد. در این تحقیق تغییر ارتفاع و قطر بدون بعد قطره بر حسب زمان بی بعد با نتایج تجربی در سه زاویه تماس استاتیکی مقایسه می شود. برای تحقیق اثر انرژی سطح بر فرآیند پخش، برخورد قطره در چند عدد we مختلف بررسی و نمودارهای تغییرات ارتفاع و قطر بی بعد آنها با هم مقایسه خواهد شد.