Combined effects of surfactant and viscoelasticity on drop dynamics

Çözülebilir yüzey aktif maddesi ve viskoelastisitenin damlacık dinamiği üzerindeki etkileri arayüz-izleme yöntemi kullanılarak sayısal olarak incelendi. Hem yükselen hem de çöken damlacık durumları göz önünde bulunduruldu. Bu çalışmada, viskoelastisite damlacık akışkanına eklenirken çözülebilir yüzey aktif maddesi ise dıştaki akışkana ilave edildi. Damlacık akışkanındaki viskoelastik etkiler FENE-CR modeli kullanılarak hesaba katıldı. Sıkıştırılamaz Navier-Stokes denklemleri yüzey aktif maddesi evolüsyon denklemleri ve viskoelastik model denklemleriyle birlikte tam bağlı olarak (fully-coupled) bütün hesaplama bölgesinde sayısal olarak çözüldü. Yüzey gerilmesi doğrusal olmayan bir durum denklemi kullanılarak ara-yüzeydeki yüzey aktif maddesi konsantrasyonuna bağlandı. Yüzey aktif maddesi ve viskoelastisitenin kombine etkilerini incelemek amacıyla neredeyse-küresel, çökmeli elipsoit kep ve etekli damlacık rejimleri için çok sayıda sayısal simülasyon yapıldı. Yüzey aktif maddesinden kaynaklanan Marangoni gerilmesinin genel olarak viskoz kayma gerilmesinin aksi yönde etki ettiği, ara-yüzeyin hareketliliğini kısıtladığı ve bunun sonucu olarak damlacığın hızını azalttığı bulundu. Bu etkinin en çok neredeyse-küresel damlacık durumunda belirgin olduğu tespit edildi. Çökmeli elipsoit kep ve etekli damlacık rejimlerinde ise damlacığın ön kısmından adsorbe edilen yüzey aktif maddesinin hızlı bir şekilde damlacığın arkasına doğru konvetke olması nedeniyle ara-yüzeyin büyük kısmının temiz kaldığı ve dolayısıyla yüzey aktif maddesinin etkilerinin büyük oranda azaldığı gözlendi. Neredeyse-küresel rejimde damlacık içindeki viskoelastik gerilme dağılımının üniform olduğu ve dolayısıyla damlacık dinamiğine etkisinin ihmal edilebilir mertebede kaldığı tespit edildi. Çökmeli elipsoit kep ve etekli damlacık rejimlerinde ise viskoelastik gerilmelerin damlacığın arkasındaki durma noktası civarında yoğunlaştığı ve damlacığın arkasında çökme oluşmasına neden olduğu gözlendi. Bu etkinin yüzey aktif maddesi eklenmesiyle daha da kuvvetlendiği ve ekstrem durumlarda arkadaki çökmenin içeri doğru ilerleyerek damlacık ortasında delik oluşmasına yok açtığı bulundu.