مطالعه عددی برخورد قطره آب به سطح با استفاده از یک رویکرد نامیرا در مدل کردن سطح مشترک

در این تحقیق، فرآیند برخورد قطره آب به سطح جامد با استفاده از یک رویکرد نامیرا در مدل کردن سطح مشترک، شبیه‌سازی می‌گردد. این رویکرد بر مبنای حل معادلات مومنتوم و پیوستگی با اعمال شرایط پرش مناسب در سط ح مشترک می‌باشد. از روش سطح تراز برای ردیابی سطح مشترک و از تکنیک سیال مجازی برای اعمال دقیق شرایط پرش در سطح مشترک استفاده می‌شود. بدین ترتیب از میرا کردن کمیت‌ها در عرض سطح مشترک اجتناب و ناپیوستگی آ نها در سطح مشترک حفظ می‌شود. مقایسه نتایج شبیه‌سازی با نتایج آزمایشگاهی و عددی، دقت روش عددی را تایید می‌کند. نتایج حاصل نشان می‌دهند که روش عددی مورد استفاده، در مقایسه با روش حجم سیال پیش‌بینی دقیق‌تری از رفتار قطره در فرآیند برخورد ارائه می‌دهد. اثر زاویه تماس قطره آب با سطح روی فرآیند برخورد بررسی می‌شود. در زوایای تماس کمتر از ° 90 ، قطره آب پس از برخورد، روی سطح پخش می‌شود. ولی برای زوایای تماس بیشتر از ° 90 ، قطره پس از پخش شدن شروع به جمع شدن می‌کند. در این حالت، پس از جمع شدن قطره امکان بلند شدن آن از روی سطح وجود دارد. با افزایش زاویه تماس، بیشینه شعاع پخش شدن قطره کاهش می‌یابد.

Numerical Study of Water Droplet Impact on a Surface Using a Sharp Approach forInterface Modeling

In this research, water droplet impact process on a solid surface is simulated using a sharp approach for interface modeling. This approach is based on the solving momentum and continuity equations and imposing appropriate jump conditions at the interface. The level set method is used for interface tracking and the ghost fluid method is used to impose jump conditions at the interface accurately. In this way, smearing of quantities across interface is prevented and discontinuities are preserved at interface. The accuracy of numerical procedure is approved via comparison of simulation results with experimental and numerical data. Simulation results show that the used numerical method in comparison with the volume of fluid method represents more accurate prediction of droplet behavior during impact process. The effect of contact angle between water droplet and surface on the impact process is investigated. For contact angles less than 90°, water droplet spreads on the surface after impact. But, for contact angles greater than 90°, droplet starts to recoil after spreading. In this case, it is possible that droplet rebound from surface after recoiling. Maximum spreading radius of droplet decreases by an increase in contact angle.