Simulations of droplet impacts on hydrophobic moving walls

Hidrofobik yüzeylere damla çarpışının nümerik simülasyonları Euler çok fazlı akış modeliyle gerçekleştirilmiştir. Damlacık yüzeyindeki deformasyonlar için VOF modeli kullanılmıştır. Temas açısının önemi ve viskoz akış modellemeri ayrı ayrı Statik temas açısı (SCA) / Dimamik temas açısı (DCA) yaklaşımları ve laminar/türbülanslı akış rejimlerinde incelenmiştir. Simülasyonlar 2 ve 3 boyutlu olmak üzere gerçekleştirilmiş olup kullanılan nümerik yöntemlerin doğruluğu simülasyon sonuçları R. Rioboo, M. Marengo &C. Tropea, Experiments in Fluids, 33, 112(2002) tarafından yapılan statik duvarlara çarpan damlacık deneyi sonuçlarıyla karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Statik duvara çarpma sırasında sıvı içerisinde gerçekleşen iç akış özellikle kısmı geri tepme durumları için analiz edilmiştir. Analiz sonucunda, damlacık içerisindeki temas açısında yakın akış yapıları bütün halinde geri tepmeyi engellemektedir. Hareketli duvar durumu içinse; kısmi geri tepme, dağılma, parçalanma gibi oluşumlar R. H. Chen, H.W.Wang, Experiments in Fluids, 39, 754(2005) çalışmasında deneysel olarak gözlenmiştir. Beklenildiği üzere, yüksek yatay We sayılarında duvarın yatay hareketliliği damlacığın hareket doğrultusunda dağılmasına ve parçalanmasına sebebiyet vermektedir. Dağılma durumunda hava kabarcığı varlığının dağılma, sürüklenme ve ayrılma etkilerinden bahsedilmiştir. Her bir durum için zamana bağlı enerji dağılımlarının grafik olarak çıkartılması hem durgun hemde hareketli duvarlarda çarpma dinamiği hakkında görüş sağlamıştır. İlginç biçimde, viskoz dağılma çarpmanın hemen öncesinde çok azda olsa artmaya başlamaktadır ve çarpma anında kinematik safhaya geçince ani bir artış görülmektedir. Genel olarak, kinetik enerji öncelikle dağılma ve yüzey genişlemesinden dolayı azalmakta, sonrasında ise yüzey hareketliliği ve damlacık geri çekilmesinden dolayı artmaktadır. Yatay We sayısı beklenmeyen bir şekilde artmış, viskoz dağılma daha yüksek değerlere çıkmış ve boyutsuz zaman biriminde minimum kinetik enerji dağılımını daha yüksek değerlerle daha erken safhalara taşımıştır. En çok damlacık dağılmasının yaşandığı boyutsuz zamanda damlacığın yatay We sayısından çok az etkilendiği bulunmuştur.