شبیه‌سازی عددی فرآیند تشکیل قطره تحت کنترل با تاکید بر اثر فرکانس موج تحریک صوتی

در این پژوهش، با بهره گیری از شبیه سازی عددی مبتنی بر روش شبکه بولتزمن و مدل میدان فازی بقایی، فرآیند تشکیل قطره تحت کنترل مورد بررسی قرار گرفت. هدف اصلی، تحلیل تاثیر فرکانس موج تحریک صوتی بر پارامترهای کلیدی همچون زمان و طول جدایش قطرات بوده ا ست. برای اطمینان از صحت و اعتبار نتایج حاصل از شبیه سازی، مقایسه جامعی با نتایج مطالعات پیشین انجام شده ا ست و این مقایسه نشان میدهد که نتایج شبیه سازی با دقت بالایی با سایر مراجع تطابق دارد. نتایج نشان میدهند که با افزایش فرکانس موج تحریک، حجم و طول جدایش قطرات به طور چشمگیری کاهش می یابند. به طور خاص، با افزایش فرکانس از 8.20 هرتز به 21.28 هرتز، حجم قطره 69 درصد و طول جدایش کاهش مییابد، در حالی که در فرکانس های بالاتر (از 21.28 هرتز به بعد)، این کاهش شدت کمتری دارد. همچنین، زمان جدایش با افزایش فرکانس افزایش می یابد و در فرکانس های پایین تنها 5.7 در صد افزایش می یابد، اما در فرکانس های بالاتر تا 78 در صد افزایش می یابد. همچنین، ارتباط مستقیمی بین طول جدایش و تعداد قطرات اقماری مشاهده شده ا ست. این یافته ها حاکی از آن است که فرکانس موج تحریک ورودی پارامتری کلیدی در کنترل فرآیند تشکیل قطره بوده و با انتخاب مناسب آن میتوان به اندازه، زمان جدایش و تعداد قطرات دلخواه دست یافت.

numerical simulation of the drop-on-demand (dod)process with emphasis on the effect of acoustic excitation frequency

in this study, the controlled droplet formation process was investigated using numerical simulations based on the lattice boltzmann method and the phase field model. the primary objective was to analyze the impact of the excitation frequency on key parameters such as droplet detachment time and length. to ensure the accuracy and validity of the simulation results, a comprehensive comparison was made with previous studies. the results showed that as the excitation frequency increased, both the droplet volume and detachment length decreased significantly. specifically, when the frequency increased from 8.20 hz to 21.28 hz, the droplet volume decreased by 69% and the detachment length also decreased. however, at higher frequencies (above 21.28 hz), this decrease became less pronounced. additionally, the detachment time increased with increasing frequency, with only a 5.7% increase at lower frequencies, but up to a 78% increase at higher frequencies. furthermore, a direct correlation was observed between the detachment length and the number of satellite droplets. these findings suggest that the input excitation frequency is a critical parameter in controlling the droplet formation process, and by appropriately selecting this parameter, the desired droplet size, detachment time, and number of droplets can be achieved.