The purpose of this study is to calculate the behavior of molecules for the generation of homogeneous thin-films in the process of spray deposition. The calculation system was composed of a suface molecular region and droplet molecular region. The thin-film was generated when droplet molecules fell to surface molecules. Lennard-Jones potential had been used as intermolecular potential, and only attraction 때 d repulsion had been used for the behavior of the droplet on the solid surface. As results, the behavior of the droplet was so much influenced by the surface temperature in the spray deposition process. High temperature of surface has higher porosity and larger spread area. It was found that simulation results generally agreed well with previous the experimental results. This simulation result will be the foundation for the deposition processes of industry.
In this study, analysis of water mist behavior is performed using numerical simulation. Water mist is characterized by the droplet flow which is one of the multiphase flows and is discrete fluid droplets in continuous air. It is important to choose the proper diameter of droplet-size and the distance between the fire location and the position of water mist because it depends on the buoyancy from fire. Therefore the behavior of water mist with fire should be simulated by FLUENT, a commercial computational fluid dynamics(CFD) program, with Lagrangian discrete phase model. (DPM)
This study investigates experimentally evaporation characteristics of nanofluid droplets containing 50 nm alumina($Al_2O_3$) particles and the wettability changes on a hydrophilic glass surfaces. From the captured digital images by using a CMOS camera and a magnifying lens, we examined the effect of particle concentration on droplet evaporation rate which can be indirectly deduced from the measured droplet volumes varying with time. In particular, with the use of a digital image analysis technique, the present study measured droplet perimeters and the contact angles to study the wetting dynamics during evaporating process. In addition, we compared the measured total evaporation time with theoretically estimated values. It was found that as the volume fractions of nanofluid increased, the total evaporation time and the initial contact angles decreased, while the droplet perimeters increased.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.1
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pp.8-19
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2001
A number of atomization and droplet breakup models have been developed and used to predict the diesel spray characteristic. Most of these models could not provide reasonable computational result of the diesel spray characteristic because they have only considered the primary breakup. A hybrid model is, therefore, required to develop by considering the primary and secondary breakup of liquid jet. according to this approach, wave breakup(WB) model was used compute the primary breakup of the liquid jet and droplet deformation and breakup(DDB) model was used for the secondary breakup of droplet. Development of hybrid model by using KIVA-II code was performed by comparing with the experimental data of spray tip penetration and SMD from the literature. A hybrid model developed in this study could provide the good agreement with the experimental data of spray tip penetration. The prediction results of SMD were in good agreement between 0.5 and 1.0 ms after the start of injection. Numerical results obtained by the present hybrid model have the good agreement with the experimental data with the breakup time constant in WB model of 30, and DDB model constant Ck of 1.0 when the droplet becomes less than 95% of maximum droplet diameter injected.
The restrictor, which is a fluid channel from a reservoir to a chamber inside a thermal micro actuator, has been fabricated using ArF and KrF excimer lasers, Diode-Pumped Solid State Lasers (DPSSL) and femtosecond lasers for a feasibility study. A numerical model of fluid dynamics for the actuator chamber and restrictor is presented. The model includes bubble formation and growth, droplet ejection through nozzle, and dynamics of fluid refill through the restrictor from a reservoir. Since an optimized and well-fabricated restrictor is important for a high frequency actuator, some special beam delivery setups and post processing techniques have been researched and developed. The effects of variations of the restrictor length, diameter, and tapered shapes are simulated and the results are analyzed to determine the optimal design. The numerical results of droplet velocity and volume are compared with the experimental results of a cylindrical-shaped actuator. It is found that the micro actuators having tapered restrictors show better high frequency characteristics than those having a cylindrical shape without any notable decrease of droplet volume. The laser-fabricated restrictors demonstrate initial feasibility for the laser direct ablation technique although more development is required.
The present work pertains to a research program to study Molten Fuel-Coolant Interactions (MFCI), which may occur in a nuclear power plant during a hypothetical severe accident. Dynamics of the hot liquid (melt) droplet and the volatile liquid (coolant) were investigated in the MISTEE (Micro-Interactions in Steam Explosion Experiments) facility by performing well-controlled, externally triggered, single-droplet experiments, using a high-speed visualization system with synchronized digital cinematography and continuous X-ray radiography. The current study is concerned with the MISTEE-NCG test campaign, in which a considerable amount of non-condensable gases (NCG) are present in the film that enfolds the molten droplet. The SHARP images for the MISTEE-NCG tests were analyzed and special attention was given to the morphology (aspect ratio) and dynamics of the air/ vapor bubble, as well as the melt drop preconditioning. Energetics of the vapor explosion (conversion ratio) were also evaluated. The MISTEE-NCG tests showed two main aspects when compared to the MISTEE test series (without entrapped air). First, analysis showed that the melt preconditioning still strongly depends on the coolant subcooling. Second, in respect to the energetics, the tests consistently showed a reduced conversion ratio compared to that of the MISTEE test series.
Electrowetting is a versatile tool to handle tiny droplets and forms a backbone of digital microfluidics. Numerical analysis is necessary to fully understand the dynamics of electrowetting, especially in designing electrowetting-based devices, such as liquid lenses and reflective displays. We developed a numerical method to analyze the general contact-line problems, incorporating dynamic contact angle models. The method is based on the conservative level set method to capture the interface of two fluids without loss of mass. We applied the method to the analysis of spreading process of a sessile droplet for step input voltages and oscillation of the droplet for alternating input voltages in electrowetting. The result was compared with experimental data. It is shown that contact line friction significantly affects the contact line motion and the oscillation amplitude. The pinning process of contact line was well represented by including the hysteresis effect in the contact angle models.
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.
This study examines the behaviors and properties of discharged liquid CO2 from a long elastic pipe moving with a vessel for the oceanic CO2 sequestration by considering pipe dynamics and vessel motions. The coupled vessel-pipe dynamic analysis for a typical configuration is done in the frequency and time domain using the ORCAFLEX program. The system's characteristics, such as vessel RAOs and pipe-axial-velocity transfer function, are identified by applying a broadband white noise wave spectrum to the vessel-pipe dynamic system. The frequency shift of the vessel's RAO due to the encounter-frequency effect is also investigated through the system identification method. Additionally, the time histories of the tip-of-pipe velocities, along with the corresponding discharged droplet size and Weber numbers, are generated for two different sea states. The comparison between the stiff non-oscillating pipe with the flexible oscillating pipe shows the effect of the vessel and pipe dynamics to the discharged CO2 droplet size and Weber number. The pipe's axial-mode resonance is the leading cause of the fluctuation of the discharged CO2 properties. The significant variation of the discharged CO2 properties observed in this study shows the importance of considering the vessel-pipe motions when designing oceanic CO2 sequestration strategy, including suitable sequestration locations, discharge rate, towing speed, and sea states.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.5
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pp.405-414
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2015
Fluid transport is a key issue in the development of microfluidic systems. Recently, Myong (2014) has proposed a new concept for droplet transport without external power sources and numerically validated the results for a hypothetical 2D, initially having a hemicylindrical droplet. In this paper, the movement of an actual water droplet, initially having a 3D hemispherical shape, on horizontal hydrophilic/hydrophobic surfaces is simulated using a commercial computational fluid dynamics (CFD) package, Fluent, with VOF (volume of fluid) method. The results are compared with the 2D analysis of Myong (2014), and the transport mechanism for the actual water droplet is examined based on the numerical results of the time evolution of the droplet shape, as well as the total kinetic, gravitational, surface free and pressure energies inside the droplet.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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