A computational study on droplet impingement onto a thin liquid film

Abstract

تمت دراسة عملية ارتطام قطيرة على غشاء سائل رقيق بوساطة إجراء محاكاة حسابية وقد تم حل معادلات NavierStokes للسوائل غير الثابتة، والمائعة اللاضغوطة، واللزجة في نظام الإحداثيات المتماثل المحاور بوساطة طريقة التحكم في الحجم وتم استعمال أسلوب حجم السائل (VOF) لتتبع سطح السائل الحر وقد أظهرت نتائج الأنموذج توافقا جيدا مع القياسات المخبرية وجد أن العمليات الديناميكية بعد الارتطام سريعة التأثر بسرعة القطيرة الابتدائية وعمق حوض السائل وتم حساب التطوير الزمني لعلو التاج وقطره بواسطة المحاكاة الحسابية وتم أيضا حساب علو التاج الأقصى وزمنه المناظر على أعداد ويبر (We) مختلفة وعلى سماكات مختلفة للغشاء وأظهرت النتائج أن السماكة اللابعدية للغشاء السائل لها تأثير ضئيل على العوامل اللابعدية المتعلقة بعلو التاج الأقصى وزمنه المناظر ومن ثم تمت دراسة العدد We الحرج للرش (Wecr) على أعداد Oh (Ohnesorge) مختلفة ضمن النطاق 01~001 ؛ وأظهرت النتائج توافقا جيدا مع نتائج الاختبارات وأجريت المحاكاة الحسابية أيضا لأعداد Oh أقل (Oh~0001) وحيث لا يمكن إجراء التجارب بسبب الحدود المفروضة من الأجهزة ووجد أن عدد We الحرج عديم التأثر بسماكة الغشاء اللابعدية ؛ إلا أنه ينقص مع تناقص العدد Oh أو لزوجة السائل وأخيرا، تم وضع معادلات بسيطة تربط ما بين العوامل اللابعدية المختلفة والمهمة في عملية ارتطام القطيرة على غشاء سائل رقيق

The impingement of a droplet onto a thin liquid film is studied by numerical simulation The NavierStokes equations for unsteady incompressible viscous fluids in the axisymmetric coordinate system are solved using a control volume method The volumeoffluid (VOF) technique is used to track the freesurface of the liquid Model predictions are in good agreement with experimental measurements It is found that the dynamic processes after impact are sensitive to the initial droplet velocity and the liquid pool depth The time evolution of the crown height and diameter are obtained by numerical simulation The maximum crown height and its corresponding time are calculated using the model for different We (Weber) numbers and various film thicknesses Results show that the nondimensional film thickness has a small effect on the nondimensional parameters related to the maximum crown height and its corresponding time Next the critical We number for splashing (Wecr) is studied for Oh (Ohnesorge) numbers in the range of 001~01 ; the results compare well with those of the experiments The numerical simulation is also performed for lower Oh (Oh~0001) where experiments cannot be performed due to limitations in the instruments The critical We number is found to be insensitive to the nondimensional film thickness ; it decreases however with decreasing Oh number or liquid viscosity Finally simple expressions are developed that correlate the nondimensional parameters involved in the droplet impingement onto a thin liquid film