Numerical study on the dispersion and deposition of particles in evaporating sessile droplets

Dağılmış parçacıklar içeren buharlaşan sapsız damlacıklar kaplama, baskı ve biyomedikal uygulamalarda kullanılır. Bu problemin modellenmesi zorlu bir süreçtir, bu nedenle literatürde farklı varsayımlar kullanılmaktadır. Damlacık için hem sabitlenmiş hem de hareketli temas hattı rejimlerini kapsayan bir modele sahip olmak önemlidir, böylece tüm buharlaşma süreci ve birikme profili anlaşılabilir. Bu nedenle, bu çalışmada, temas hattı önce sabitlenmiş ve sonra hareket eden iki boyutlu simetrik ince buharlaşan sapsız damlacıkları simüle etmek için sayısal ve matematiksel bir model türetildi. Bu model, literatürdeki farklı modellerin yağlama teorisi ve hızlı dikey difüzyon varsayımı yardımıyla birleştirilmesiyle elde edildi. Bu model, damlacık yüzey yüksekliğinin zamanla değişimini, temas hattı dinamiklerini, parçacık dağılımını ve birikimini içerir. Sayısal çözümde sonlu farklar yöntemi kullanıldı. Literatürde yer alan sabitlenmiş ve hareketli temas hatları içeren vakalar bu çalışmada geliştirilen farklı sayısal algoritmalar ile ayrı ayrı çözüldü ve bu algoritmalar birleştirildi. Bu yeni algoritma, önce sabitlenmiş temas hattı rejiminde bir matematiksel modeli çözer. Temas açısı tanımlanan sınırın altına düştüğünde, algoritmanın ikinci kısmı, toplam parçacık kütlesinin yüzde 95'i birikene kadar hareketli temas hattı rejimindeki matematiksel modeli çözer. Geliştirilen algoritma ile parametrik bir çalışma yapıldı. Bir dizi parametre tanımlandı ve etkilerini görmek için seçilen parametreler değiştirildi. Marangoni sayısı ve Kapiler sayısının artmasının merkeze yakın parçacık birikimini arttırdığı gözlemlendi. Azalan buharlaşma sayısı ve artan Damkohler sayısı, daha düzgün parçacık birikimi ile sonuçlandı.