Flow visualization of a droplet passing through a straight channel and a diverging channel has been carried out using micro-PIV. Diverging channel is frequently used in lab-on-a-chip and microfluidic devices, where flow pattern inside the droplet passing is quite different from that through a straight channel. In the present study, we visualized the droplet flow in three different regions. The first region is where the droplet has a wide contact area with the channel wall, the second region is characterized with a narrow contact area and the third region is where droplet is detached from the channel wall. Visualization results show that the internal flow inside the droplet passing through the straight channel moves in the opposite direction to the droplet velocity in the near wall exhibiting complex flow patterns. But in the diverging channel the internal flow inside the droplet moves in the same direction as the droplet velocity due to the shear induced by oil phase flow exhibiting rather simple flow pattern.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.10
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pp.1310-1319
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1999
High-pressure swirl injectors have usually been employed in Gasoline direct injection engines due to their spray characteristics and the feasibility of their control. Thus the microscopic characteristics of high-pressure swirl spray were investigated by PDA. The correlation between axial and radial velocities and the correlation between droplet size and axial velocity were examined with different axial and radial positions. Two dimensional droplet velocity and its number distribution with size-classified droplets were illustrated. The mean droplet velocity and its SMD were also analyzed at the center of spray, the position having maximum mean axial velocity, and the spray periphery using time dividing method. Finally, the structure of high-pressure swirl spray was presented with the size distribution and velocity profile of droplets.
In this paper we report the method of visualizing and measuring the fluid flow within a small droplet of millimeter size. We use a vertical laser sheet in visualization of the micrometer size and special attention is given to the arrangement of microscope to obtain clear images. Then we use a PIV technique to measure the velocity of the internal flow from the images taken. Since the droplet is of spherical shape, the images represent highly deteriorated picture of the real objects due to the refraction phenomenon. In order to compensate the refraction, we in this study developed two kinds of methods for the real velocity. In the first method, the refracted images are directly used to obtain the velocity in the image space, and then the velocity is transformed to the real space. In the second method the images are first transformed to the real-space objects, and then the PIV is used to measure the velocity field. We compared the two results to prove the usefulness of the compensation technique.
A study has been conducted to clarify the effect of watery vapor concentration in hot ambient on droplet evaporation. Droplets of water, ethanol, n-hexadecaneand n-heptane were used in this experimental study. Ambient conditions are fixed at 470 K in temperature, 0.1 MPa in pressure and 2 m/s in velocity of ambient air. Watery vapor concentration was changed 0%~40% by 10% by add water to air. To obtain the time histories of droplet diameter after exposed in ambient, a suspended droplet in hot and humid ambient stream was synchronized with a back flash light, and enlarged droplet images were taken by a CCD camera. The evaporation rate constant of water droplet decreases slightly with the vapor concentration because diffusion velocity reduction of droplet vapor occurs on the surface. The values of ethanol and n-heptane droplet actively increase by effect that water from condensation of vapor flows into the droplet. The evaporation rate constant of n-hexadecane which has higher boiling point than water increases within around 30% of the concentration.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.16
no.2
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pp.93-98
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2008
To investigate the characteristics of water droplet on the gas diffusion layer from both top-view and side-view of the flow channel, a rig test apparatus was designed and fabricated with prism attached plate. This experimental device is used to simulate the growth of single liquid water droplet and its transport process with various air flow velocity and channel height. The contact angle hysteresis and height of water droplet are measured and analyzed. It is found that droplet tends towards to be instable by decreasing channel height, increasing flow velocity or making GDL more hydrophobic. Also, the simplified force balance model matches with experimental data only in a restricted range of operating conditions and shows discrepancy as the air flow velocity and channel height increases.
In this study, the behavior of the droplet colliding with parallel wires was analyzed by time-delay photography. The impact behavior modes and the critical capture speed were analyzed by changing fluids, the droplet velocity, the wire diameter and the distance between wires. Seven typical modes of impacting droplet on parallel wires were observed. The tendency of mode change was generally similar when the wire diameter was changed, but the increase of the wire diameter caused the increase of the droplet velocity at which the mode changed. The modes at the highest droplet velocity were the splitting mode when the wires were closest, the passing and splitting mode in the middle, and the passing mode when the wires were farthest apart. The critical capture speed increased as the wire diameter increased and the distance between wires decreased. The ethanol droplet showed the lowest critical capture speed.
Effects of collision angle on heat transfer characteristics of a liquid droplet impinging on a heated wall above the Leidenfrost point temperature were experimentally investigated. The heated wall and droplet temperatures were $506^{\circ}C$ and $100^{\circ}C$, respectively, and the impact angle varied from $20^{\circ}$ to $90^{\circ}$ while the normal collision velocity was constant at 0.27 m/s. The droplet collision behaviors and the surface temperature distribution were measured using synchronized high-speed video and infrared cameras. The major physical parameters influencing upon droplet-wall collision heat transfer, such as residence time, wall heat flux, effective heat transfer area, heat transfer amount, were analyzed. It was found at the constant normal collision velocity that the residence time, wall heat flux and effective heat transfer area were hardly not changed, resulting in the almost constant heat transfer amount.
Kim, Hyung-Rak;Yoon, Hyun-Sik;Jeong, Hae-Kwon;Ha, Man-Yeong
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.23
no.2
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pp.103-110
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2011
A two-dimensional immiscible droplet deformation phenomena on moving wall in a channel has been investigated by using lattice Boltzmann method involving two-phase model. The dependence of the deformation of the droplet with different sizes on the contact angle and the velocity of bottom wall has studied. When the bottom wall starts to move, the deformation of the droplet occurs. For the largest bottom wall velocity, eventually, the deformation of the droplet is classified into the three patterns according to the contact angle.
To investigate the characteristics of water droplet on the gas diffusion layer from both upper-view and side-view of flow channel, a rig test apparatus was designed and fabricated with L-shape acryl plate in a $1mm{\times}1mm$ micro-channel. This experimental device is used to simulate the single droplet growth and its transport process under fuel cell operating condition. As a first step, we investigated the growth and transport of single water droplet with working temperature and air flow velocity. The contact angle and its hysteresis of water droplet at departing moment are measured and analyzed. It is expected that this study can provide the basic understanding of liquid water droplet behavior in gas flow channel and GDL interface during the PEM fuel cell operation.
Hyeok-In Kwon;Alberto Conejo;Sung Yong Jung;Sun-Joong Kim
Resources Recycling
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v.32
no.2
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pp.33-42
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2023
Metal emulsions have been studied for several decades as a method of increasing the efficiency of the steelmaking process. This study was performed using a water model, observable at room temperature, to compensate for the disadvantages of the high-temperature experiment, the results of which are difficult to observe visually. As a substitute for metal-in-slag emulsions, experiments were conducted by dropping distilled water into silicone oil and comparing the results with the results of a calculation by momentum balance equations. The descending velocity of the water droplet decreased as the diameter of the droplet and viscosity of the fluid (silicon oil) increased. To simulate the descending velocity of a water droplet in silicon oil under stirring conditions, the flow rate of the fluid (silicon oil) was measured by particle image velocimetry (PIV) methods. The calculation of the descending velocity of the water droplet was in good agreement with the measured values, with and without stirring a viscous silicone oil.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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