مطالعه عددي تأثير خواص الاستيك سيال بر برخورد مايل قطره بر لايه سيال

Numerical Investigation on the Fluid Elasticity Effect in the Impact of Oblique dro‎p onto Liquid Film

در مقاله حاضر تشكيل و رشد تاج بر اثر برخورد مايل قطره بر لايه سيال در سيالات غيرنيوتني ويسكوالاستيك به صورت عددي و در حالت دو بعدي تحت بررسي قرار گرفته است. از روش حجم محدود جهت مدلسازي معادلات حاكم و از روش حجم سيال جهت ردگيري سطح آزاد بين دو سيال استفاده شده است. در اين مطالعه از مدل اولدرويد- بي به عنوان معادله ساختاري جهت مدلسازي فاز سيال ويسكوالاستيك استفاده شده است. در تحليل عددي حاضر تشكيل و رشد زماني هندسه تاج مورد تاكيد است و تأثير نيروهاي الاستيك سيال و كشش سطحي بر روي آن مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفته است. نتايج بيانگر آن است كه افزايش در مقدار عدد وايزنبرگ، نسبت ويسكوزيته و عدد وبر سبب افزايش در مقادير ارتفاع (*Z) و طول پخش (*S) بدون بعد تاج در زمان‌هاي مختلف مي‌شود. از طرفي در سيالات ويسكوالاستيك افزايش زاويه برخورد در كنترل متغير ارتفاع Z* هندسه تاج اثر قابل ملاحظه‌اي دارد و از طرف مقابل تأثير چشمگيري بر طول پخش *S ندارد. همچنين نتايج بيانگر آن است كه با افزايش ضخامت لايه سيال ارتفاع تاج افزايش و تغييرات طول پخش تاج روند كاهشي به خود مي‌گيرد. از مهمترين نتايج قابل حصول از تحقيق حاضر مي‌توان به تأثير شگرف توامان خاصيت الاستيك سيال و كشش سطحي بر گسترش ابعاد تاج تشكيل شده از برخورد مايل قطره سيال اشاره كرد.

In this paper, the crown formation and temporal propagation due to the oblique impact of a plane two-dimensional drop onto preexisting film in the non-Newtonian viscoelastic fluid are analyzed numerically. The finite volume method is applied to solve the governing equations and the volume of fluid technique is used to track the free surface of liquid phases. Here, the well-known Oldroyd-B model is used as the constitutive equation for the viscoelastic phase. However, the formation and temporal evolution of the crown’s shape is emphasized and the effects of elastic and surface tension forces on the crown’s dynamic are considered in detail. The results show that the increase in Weissenberg number, viscosity ratio, and Weber number leads to an increase in both the dimensionless crown height (Z*) and spread factor (S*), while impact angle has a major effect on the control of the crown’s height, on the other hand, this parameter has a negligible effect on spread factor in viscoelastic fluid. Moreover, by thickening of fluid film, the crown’s height increase, and the crown’s radius decrease. As the main finding of the present study, the fluid’s elasticity in the presence of surface tension force can enhance the rate of the crown propagation in the impact of an oblique drop onto liquid film.