بررسی تجربی، عددی و تحلیلی برخورد قطرات بر فیبرهای موازی

در این مطالعه ابتدا استاتیک قطرات و دینامیک برخورد قطرات سیال به فیبرهای موازی بررسی شده است. نتایج تجربی در حالت استاتیک نشان می دهند بیشترین حجم قطره ای که به فیبر متصل می ماند حدود 1.85 تا 1.9برابر بیشینه حجم متصل به تک فیبر مشابه است. دینامیک برخورد قطرات با تغییر شعاع قطره برخوردکننده، شعاع فیبر و فاصله بین فیبرها مورد مطالعه قرار گرفته است. سرعت حد جذب قطره توسط فیبرها هم به صورت تجربی و هم به کمک مدل سازی عددی به روش حجم سیال به دست آمده است. نتایج مشاهدات تجربی و شبیه سازی عددی نشان می دهند که با افزایش شعاع قطره برخوردکننده و کاهش شعاع فیبر، سرعت حد جذب قطره کاهش می یابد. بیشینه سرعت جذب قطره در محدوده 1.5 تا 1.8برابر سرعت حد جذب تک فیبر است که در محدود فاصله محور فیبرها برابر 0.35 تا 0.5برابر قطر قطره برخوردکننده اتفاق می افتد. حل تحلیلی نیز مبتنی بر قضیه کار و انرژی برای سرعت حد جذب قطرات بر فیبرهای موازی ارایه شده است که دقت نسبتاً مناسبی در مقایسه با نتایج تجربی و عددی دارد.

Experimental, Numerical, and Analytical Study of a Droplet Impact on Parallel Fibers

The statics of droplet hanging from the parallel fibers and the dynamics of droplet impact on the parallel fibers are investigated using highspeed imaging and volume of fluid numerical simulation. Experimental results show for the parallel fibers, the maximum volume of the droplet, which is able to hang statically from the fibers is measured to vary between 1.85 to 1.9 times of the one measured for a single fiber. The dynamics of droplet impact have been studied by varying the radius of the impacting droplet, the fibers radius, and the distance between the fibers. The threshold velocity of droplets by fibers has been obtained both experimentally and numerically with the fluid volume method. The results show that by increasing the impacting droplet radius and decreasing the fibers radius, the threshold velocity of droplet capture decreases. The maximum threshold velocity of droplet capture with parallel fibers varies in the range of 1.5 to 1.8 times of the threshold velocity of capture with a single fiber. The maximum threshold capture velocity of droplets occurs where the distance between fibers is in the range of 0.35 to 0.5 times of impacting droplet diameter. The threshold capture velocity on parallel fibers is also obtained analytically, using the energy balance method. The results of the analytical solution are in a fair agreement with experimental data and numerical simulation results.