بررسی تأثیرات ضریب کشش سطح در شبیه سازی عددی کشیدگی و گسستگی یک قطره

در این مقاله فرآیند کشیدگی قطره و گسستگی آن تحت میدان سرعت مشخص با استفاده از مدل های ثابت، خطی و غیرخطی برای ضریب کشش سطح مورد بررسی قرار گرفته است و تأثیر تغییرات ضریب کشش سطح و همچنین نیروی مارانگونی بر روند حل مشخص شده است. روش VOF جهت تعیین موقعیت سطح آزاد استفاده شده است. جهت محاسبه نیروی کشش سطح روشCSF با ضرایب کشش سطح خطی و غیر خطی که تابعی از غلظت سطح مشترک است، مورد استفاده قرار گرفته است. کد تهیه شده در حالت تقارن محوری قادر به تحلیل مسائل با سطح آزاد و غیردائم است. برای محاسبه میدان سرعت و فشار از روش صریح MAC و معادله فشار پواسون با استفاده از روش گرادیان ناقص کلفسکی حل شده است. با گذشت زمان مرکز قطره باریک و لبه های آن به حالت نیم دایره در می آید. دلیل آن این است که نیروی کشش سطح در مرکز قطره بیشتر از مقدار آن در لبه های آن است. در مدل ضریب کشش سطح ثابت کشیدگی قطره کمتر و به ترتیب کشیدگی در مدل خطی سپس مدل غیر خطی بیشتر می شود. علت آن تأثیر نیروی مارانگونی است. نیروی مارانگونی بیان کننده اثر تغییرات ضریب کشش سطح بر نیروی کشش است. با ادامه روند حل در لبه های باریکه قطره کشش سطح باعث تشکیل قطره های کوچکتری که از سطح باریکه جدا می شوند گردیده است. در نهایت باریکه مایع به چند قطره تبدیل می شود. نتایج نشان داده شده بیان می کند کد تهیه شده قادر است به خوبی کشیدگی و در نهایت گسسته شدن یک قطره را مدل کند.

Keywords:

حجم سیال , نیروی کشش سطح , کشیدگی قطره , گسستگی قطره , نیروی مارانگونی