شبیه سازی برخورد قطره حاوی مواد افزودنی با سطح جامد در مقیاس مزو به روش mdpd

پدیده برخورد قطره به سطوح جامد به دلیل کاربردهای گسترده ای که در صنعت، کشاورزی، پزشکی و غیره دارد، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در همین راستا، کنترل رفتار قطره پس از برخورد به سطح برای جلوگیری از حوادث احتمالی و آسیب ناشی از پاشش یا رسوب قطرات با دمای بالا در صنعت، کاهش آلودگی و افزایش کارایی سموم و آفت کش ها در بخش کشاورزی، ارتقای کیفیت تصویر در چاپگرهای جوهرافشان و بهبود کیفیت و پوشش دهی در اسپری های رنگ و پوششی، از دیگر مباحث مهم در بررسی این پدیده می باشد. تغییر خواص فیزیکی سیال با افزودن مواد افزودنی و تغییر خواص سطح برخورد از روش های عمده در کنترل رفتار قطره پس از برخورد به شمار می آیند. در این میان افزودن مقادیر اندک از مواد پلیمری و یا مواد فعال سطحی(سورفکتانت) نقش به سزایی در کنترل این پدیده دارد. با توجه به محدودیت هایی که در روش های تجربی و تحلیلی در بررسی پدیده برخورد قطره حاوی مواد افزودنی وجود دارد، روش های عددی به عنوان ابزاری قدرتمند برای تحلیل این پدیده ها به کار گرفته می شود. یکی از روش های عددی سه بعدی، روش مبنا ذره ای دینامیک استهلاکی ذره (dpd) می باشد که یک روش مزوسکوپیک محسوب می شود و با تعریف متفاوتی از نیروی بقایی و استفاده از چگالی محلی، این روش به روش mdpd تعمیم داده می شود که برای تشکیل و بررسی سیال سطح آزاد به کار می رود. در این پژوهش، بررسی رفتار قطره سیال نیوتنی و غیر نیوتنی(حاوی مواد افزودنی مانند پلیمر) در تماس با سطح جامد با استفاده از روش mdpd در حالت های استاتیکی و دینامیکی دنبال می شود. در این راستا، نخست شیوه محاسبه خواص فیزیکی سیال نظیر چگالی، کشش سطحی و لزجت با استفاده از این روش ارائه شده است. پس از آن روش mdpd به عنوان روشی مناسب در شبیه سازی جریان های دوفازی و سطح آزاد معرفی می گردد و مفهوم پارامتر فلوری- هاگینز در روش mdpd برای سیال های غیرهمگن (غیر نیوتنی) بیان شده و بر اساس آن ضرائب نیروها در این روش تعیین می شود. با شبیه سازی قطره سیال نیوتنی و غیرنیوتنی (حاوی مواد پلیمری) به روش mdpd و ارائه مدل مناسب برای جسم جامد، پدیده برخورد قطره سیال نیوتنی و حاوی پلیمر به روش mdpd شبیه سازی و الگوی رفتار قطره پس از برخورد با سطح جامد با مقایسه نمودارهای بدون بعد تغییرات ارتفاع و قطر قطره بر حسب زمان بدون بعد تعیین می گردد. در نهایت، تاثیر عوامل دیگر بر رفتار قطره پس از برخورد نظیرعدد وبر، اثر سطح و افزودن پلیمر peo مورد بررسی قرار خواهند گرفت و به منظور اعتبار سنجی شبیه سازی نتایج به دست آمده با داده ها و نمودارهای تجربی و روابط تئوری موجود مقایسه خواهند شد. به واسطه افزایش عدد وبر، سرعت پخش قطره بر روی سطح افزایش و در نتیجه زمان پخش کاهش می یابد. در صورتی که عدد وبر از محدوده مشخصی بیشتر شود، پدیده پاشش بر روی سطوح خنثی و یا آبگریز و بازگشت قطره بر روی سطوح آبگریز مشاهده می-شود. در اثر افزودن پلیمر به قطره سیال نیوتنی، در اثر افزایش زمان استراحت محلول پلیمری، سرعت بازگشت خط تماس قطره پس از برخورد کاهش می یابد که در اعداد وبر بالا از بازگشت قطره از روی سطح جامد جلوگیری می کند. با افزایش خاصیت رطوبت-پذیری سطح جامد، اثرات سطح بر قطره سیال افزایش می یابد و از سرعت حرکت قطره و خط تماس در مرحله جمع شدن قطره می-کاهد.