مقايسه عددي برخورد يك قطره توخالي مذاب و يك قطره توخالي نيمه مذاب به سطح

Numerical comparison between the impact of a completely molten and a semi-molten hollow droplet on a surface

در تحقيق حاضر برخورد يك قطره توخالي ZrO2 در حالت كاملا مذاب و نيمه مذاب به سطح، بصورت عددي شبيه سازي شده است. در ابتدا با ارائه يك مدل تحليلي، توليد ذره توخالي از ذره آگلوموره بررسي شده است. با كمك اين مدل مي توان قطر ذره، قطر هسته جامد و ضخامت پوسته ذره توخالي توليده شده را پيش بيني كرد. نتايج اين بخش نشان مي دهد در مقادير تخلخل اوليه كم (p = 0.2) ذره توخالي بوجود نمي آيد. در ادامه، از داده هاي مدل تحليلي به عنوان داده هاي ورودي براي شبيه سازي عددي استفاده شده است. در مدل عددي، هسته جامد مركزي بصورت يك سيال با ويسكوزيته بالا در نظر گرفته شده است. با توجه به وجود گاز محبوس در قطره توخالي، تغييرات چگالي و حجم گازدر حين برخورد به سطح بسيار مهم مي شوند. ازاينرو شكل تراكم پذير معادلات حاكم استفاده شده است. نتايج حاصل نشان مي دهد كه هيدروديناميك و زمان انجماد برخورد يك قطره توخالي كاملا مذاب به سطح، با برخورد قطره توخالي نيمه مذاب به سطح، تفاوت دارد. وجود هسته جامد مركزي در حالت قطره نيمه مذاب، مانع از تشكيل جت ناهمسو مي شود. به همين دليل، يك قطره توخالي نيمه مذاب، سريعتر از يك قطره توخالي كاملا مذاب، منجمد مي شود. زمان كلي انجماد در حالت كاملا مذاب، 35 μs و در حالت نيمه مذاب، 12 μs است. .همچنين اسپلت حاصل برخورد يك قطره نيمه مذاب، پيوسته تر از اسپلت يك قطره كاملا مذاب است.

In this research, the impact of a completely molten hollow droplet and a semi-molten hollow droplet on a surface is simulated numerically. At first, the production process of hollow particles from the agglomerated particles is addressed analytically. By this model, one can predict the particle diameter, solid core diameter and shell thicknesses of produced particle. The results of this section show that hollow particle may develop only slightly at small initial porosity values (p=0.2). Then, the collected data from analytical model is used as input data for numerical simulation. In the numerical model, the central solid core was assumed to be a fluid with high viscosity. Due to high impact velocity, volume and density changes of the trapped gas inside droplet are important. Therefore the compressible form of governing equations is used. The results show that the hydrodynamic and solidification behavior of a completely molten droplet and a semi-molten droplet during impact process is different. In the semi-molten state, the central solid core prevents the formation of a counter jet. For this reason, a hollow semi-molten droplet is solidified faster than a completely molten hollow droplet. The overall time of solidification in the completely molten state is 35 μs and the corresponding time for semi-molten state, is 12 μs. Moreover, the splat of a semi-molten hollow droplet is more continuous compared with a completely molten droplet.