We experimentally investigate the evaporation characteristics of water droplet on surfaces of various wettabilities in the range of contact angle from 30$^{circ}$ to 150$^{circ}$. When a liquid droplet on a solid surface evaporates, the contact angle generally decreases with time and the evaporation rate varies with the droplet geometry such as the contact angle and the radius of curvature. Experimental data on the contact angle as a function of the droplet volume obtained by digital image analysis techniques cannot be explained by the existing theories. By measuring the temporal evolutions of the droplet radius and contact angle, we find the qualitative difference between the evaporation patterns on the hydrophilic surfaces where the contact radius remains constant initially and those on the superhydrophobic surfaces where the contact angle remains constant. Also, the evaporation rate is observed to depend on the surface material although the currently available models assume that the rate is solely determined by the droplet geometry. Despite the fact that the theory to explain this dependence on the surface remains to be pursued by the future work, we give the empirical relations that can be used to predict the droplet volume evolution for each surface. It is expected that the present study will contribute to interpreting the effect of droplet geometry on the evaporation.
This investigation reports on the study of the ambient turbulent effects on the droplet vaporization in the fuel spray combustion. For tractability, this discussion considers a single droplet in an infinite turbulent flow. In this numerical study, the low-Reynolds-number version of k-.epsilon. turbulence model was used to represent the turbulence effects. The set of two-dimensional conservation equations which describe the transport phenomena in turbulent flow using the mean flow quantities including the droplet internal laminar motion, are solved numerically with the finite difference procedure of Patankar(SIMPLER). The evaluation of the computational model is provided by two limiting cases: turbulent flow over the solid sphere and the laminar flow over a liquid drop. The results show that the turbulence effects are noticeable for the vaporization at high turbulence intensity (10-50%) which is encountered in a typical spray. The magnitude of turbulence effects mainly depends on the turbulent intensity. These effects are not sensitive to the Reynolds number in the range of 50 to 200, ambient temperature in the range of 700 to 1000.deg. K and the volatility.
In general, the oxi-nitriding method is well known as such a surface treatment way for substantial enhancement in corrosion resistance, even comparable to that of titanium. However, there are still lacks of information on thermal performance of the oxi-nitriding surface being of additional compound layers on the base substrate. Above all, the quantitative measurement of its thermal performance still was not evaluated yet. Thus, the present study experimentally measures the thermal resistance of the oxi-nitriding surface during droplet evaporation and then estimates heat transfer performance with the use of the onedimensional heat transfer model in vertical direction. From the experimental results, it is found that the total evaporation time slightly increased with the thermal resistance caused by the oxi-nitriding layer, showing a maximum difference of approximately 20% with that of the bare surface. Although the heat transfer performance of oxi-nitriding surface became slightly lower than that of the bare surface, the oxi-nitriding surface exhibits much better heat transfer performance compared to titanium.
Droplet evaporation has been known as a common phenomenon in daily life, and it has been widely used for many applications. In particular, the influence of the different heated substrates on evaporation flux and flow characteristics is essential in understanding heat and mass transfer of evaporating droplets. This study aims to simulate the droplet evaporation process by considering variation of thermal property depending on the substrates and the surface temperature. The commercial program of ANSYS Fluent (V.17.2) is used for simulating the conjugated heat transfer in the solid-liquid-vapor domains. Moreover, we adopt the diffusion-limited model to predict the evaporation flux on the different heated substrates. It is found that the evaporation rate significantly changes with the increase in substrate temperature. The evaporation rate substantially varies with different substrates because of variation of thermal property. Also, the droplet evaporates more rapidly as the surface temperature increases owing to an increase in saturation vapor pressure as well as the free convection effect caused by the density gradient.
본 연구에서는 선회유동과 재순환영역이 있는 제한된 동축 분류유동(confined coaxial jet flow)을 갖는 연소기에 대하여 노즐을 통하여 분사된 연료액적의 증발 및 연소, 그리고 주위기체유동에 관한 제반현상을 정상상태 하에서 모사하고자 하는데 그 목적이 있으며 수치계산에 의한 이론적 해석방법으로 기상은 오일러 방식, 액상은 라 그란지 방식을 채택하였고 후술될 증발 및 연소모델을 적용하였다.
The transient laminar reacting flows around fuel droplet have been numerically analyzed. The physical models used in this study can account for the variable thermophysical properties and the chemistry is represent by the one-step global reaction model. The present study is focused on the vaporization and ignition characteristics, flame structure including wake flame, transition flame and envelope flame, and interaction between droplets. Special emphasis is given to the triple flame structure and flame stabilization.
In the present study, experiments on the film boiling of liquid droplets on oxidized copper surface was conducted. The shape of pure water droplets was observed, and the evaporation rate of them was measured during the film boiling evaporation process. The droplet of initial volume 16 ~ 30 µl was applied onto the oxidized copper surface heated up to 300 ~ 500℃, then the shape of the droplet was analyzed during the film boiling evaporation. Experimental results showed that there was good correlation between dimensionless volume and dimensionless time. However, a significant difference in evaporation rate for small and large droplets discussed in previous study was not found.
Removal of water contents in a gas is needed in industrial field of gas processing related on energy production/conversion, and environmental treatment. Inertial separators are economic devices for separating droplets from the gas stream. For accurate understanding of removal process in a curved vane mist eliminator, a numerical model including turbulent dispersion, evaporation and condensation of water vapor at surface of droplets is required. A two-stage curved vane mist eliminator has been modeled, and fluid flow of mixture of air and water vapor and droplet trajectories were solved simultaneously with taking into account two-way coupling. Removal efficiency of droplets with various inlet condition of relative humidities (RH, 40%, 90%, and 100%) were compared. As RH increased, the effect of evaporation decreased and inertial separation efficiencies of droplets obtained increased especially for droplets of diameter below 10 micrometers.
Nonlinear and forced oscillations of supported viscous droplet were focused in the present study. The droplet has a free contact line with solid plate and inviscid fluid. Natural frequencies of a pendant droplet have been investigated experimentally by imposing the acoustic wave while the frequency is being increased at a fixed amplitude. The evaporation was observed at atmosphere pressure. The droplet was recorded throughout the entire evaporation process and transient variations of the volume was measured. The evaporation process of oscillating droplet with thermofoil has been also observed to investigate analyzing the resonance effect on the thermal characteristics of droplet. It is found that a pendant droplet shows the resonant behaviors at each mode similar to the theoretical analysis. During imposing the acoustic wave, the pendant droplet makes a rotating motion in its longitudinal axis which is a new shape oscillation mode. The evaporation rate of a pendant droplet at resonant frequency is significantly enhanced.
단분산성 마이크로입자는 약물캡슐화 및 전달을 위한 다양한 응용분야에서 사용되고 있다. 미세유체장치는 매우 균일한 액적을 생산할 수 있는 중요한 장치이며 이 액적은 단분산성 마이크로입자를 생성할 수 있는 중요한 템플레이트(template)로의 역할을 한다. 미세유체장치는 마이크론 크기의 채널로 구성되어 표면장력과 점성력 간의 균형을 정교하게 조절할 수 있으며, 이는 단분산성 액적을 형성하는 필수적인 기술 중의 하나이다. 본 연구는 유동집적채널 기반의 미세유체장치에서 매우 균일한 polycaprolactone (PCL) 생분해성 고분자 입자를 제조하는 방법을 제안한다. 유동집적채널 기반의 미세유체장치는 polydimethylsiloxane (PDMS) 기반의 소프트리소그래피(soft-lithography) 방법을 통해 제작된다. 액적 생성에서 중요한 요소는 마이크로 액적의 크기와 단분산성을 조절하는 것이다. 이를 위해, 본 연구에서는 이 미세유체장치에서 오일용액 분산상과 수용액 연속상의 부피유속을 제어하여 단분산성 액적 형성 조건을 최적화하였다. 그 결과 균일한 액적을 형성할 수 있는 dripping 영역에 대한 최척화된 유속조건을 확인하였다. 그런 다음, 마이크로입자를 생성하기 위해 PCL 고분자를 포함한 액적을 장치에서 형성한 후 용매의 증발에 의해 입자화 하였다. 입자의 크기는 부피유속과 미세유체채널의 크기에 의해 조절되며 입자의 단분산도는 변동계수(coefficient of variation, CV)값이 5% 이하로 제어될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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