• 제목/요약/키워드: Droplet shape

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열모세관에 의한 미소액적 구동과 모세관 밸브 (Micro droplet driven by thermocapillary and capillary valve)

  • 임남혁;김성욱;유정열
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2003년도 춘계학술대회
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    • pp.1777-1782
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    • 2003
  • This paper presents the design, fabrication, and testing of the capillary-induced pressure drop valve, thermocapillary pumping of liquid droplet in hydrophilic channels and the splitting of droplet. The capillaryinduced pressure drop is derived with thermodynamic approach considering three-dimensional meniscus shape which is essential for calculating pressure drop in the diverging shape channel when the aspect ratio is close to one. The micro channel is fabricated via MEMS processes, which consists of the liquid stop valve to retard the liquid droplet, thermocapillary pumping region and the bifurcation region. Also the micro heaters are fabricated to drive the droplet by thermocapillary. The theoretical approaches agree well with the experimental data. The functionality of capillary valve is confirmed to be valid when the aspect ratio is smaller than one. To overcome the difficulty in splitting of the droplet due to the pressure drop in the general Y-shape channel, the protrusion shape is employed for easy splitting in the bifurcation channel.

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친수성/소수성 복합표면상에서 초기 구형 액적의 이송 메커니즘 (Transport Mechanism of an Initially Spherical Droplet on a Combined Hydrophilic/Hydrophobic Surface)

  • 명현국;권영후
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제39권11호
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    • pp.871-884
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    • 2015
  • 유체이송 기술은 마이크로 유체시스템 개발에서 핵심문제로 인식되고 있다. 최근 명(2014)은 외부동력을 사용하지 않고 액적을 이동시킬 수 있는 새로운 개념을 제안하고, 초기에 반원통형 형상을 가지는 가상의 2차원 액적에 대한 수치해석을 통해 이 개념이 성립함을 보였다. 또한 명과 권(2015)은 친수성/소수성 표면위에서 초기 3차원 반구 형상의 실제 물 액적이송의 메커니즘을 시간에 따른 액적형상과 액적 내부의 운동에너지, 중력에너지, 표면자유에너지 및 압력에너지의 수치해석 결과를 통해 규명하였다. 본 연구는 새로운 개념을 확립시키기 위해 초기 구형액적에 대한 3차원 수치해석을 수행하고, 액적이송의 메커니즘을 모세관력 힘의 불균형 관점에서 액적 형상과 다양한 에너지의 수치해석 결과를 통해 규명하였다.

레이저를 이용한 균일 금속 액적 생성 (Uniform metal droplet generation using laser)

  • 강대현;양영수;김용욱;조성규;박성민
    • 한국레이저가공학회지
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    • 제5권1호
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    • pp.23-31
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    • 2002
  • The uniform metal droplet generation using Nd-YAG laser was studied and experiment was carried out. The shape and volume of developed droplet was measured and the Young-Laplace equation and equilibrium condition of force were applied this model. The differential equation predicting shape of droplet using equilibrium condition of force instead of Navier-stokes equation was induced and numerical solution of differential equation compared with experimentation data. The differential equation was solved by Runge-Kutta method. Surface tension coefficient of droplet was determined with numerical solution relate to experimental result under the statical condition. In case of dynamic vibration, metal droplet shape and detaching critical volume are predicted by recalculating proposed model. The result revealed that this model could reasonably describe the behavior of molten metal droplet on vibration.

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고온표면에 부착된 액적의 증발형상 변화 (The Evaporation Shape of Deposited Droplet on the Hot Surface)

  • 방창훈
    • 한국안전학회지
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    • 제20권1호
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    • pp.68-74
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    • 2005
  • The objective of the present work is to examine the evaporation shape of deposited droplet on the hot surface. this paper performed the experiments as following conditions: (a) the surface temperature is within the range between $80^{\circ}C$ and $95^{\circ}C$ in the conduction and radiation, (b) droplet diameter is 3.0mm. The results are as follows; while droplet evaporates, droplet's radius is kept changelessly to $70\%$ evaporation time and droplet's shape is kept changelessly after. In case use Constant radius model, about $10\%$ is appearing high than value that time-averaged heat flux applies Inverse heat conduction.

단일 액적의 Zig-Zag 운동 시뮬레이션 (A LIQUID DROPLET SIMULATION ON ZIG-ZAG MOTION)

  • 정노택
    • 한국전산유체공학회지
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    • 제14권3호
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    • pp.63-68
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    • 2009
  • The motion of a rising liquid droplet is different that of a bubble motion. Treatment of liquid drops is more complex because internal motion must be considered. A 3D unstructured CFD code has been developed to solve incompressible N-S equation for the droplet simulation. This front-tracking consideration which the interface is tracked explicitly is very available to apply for not only exact interface topology but also the high schmidt number issue, such as $CO_2$ dissolution. This paper is forced on the zig-zag motion of the liquid droplet. The simulation shows that if the rising droplet is located at the corner of the zig-zag path, the velocity is low and shape of the droplet is more spherical shape, results in the less drag coefficient. Twin horse shoe vortexes behind the rising droplet are presented and the topology of the droplet is compared with an experimental result during one period of the path.

진동 평판 위 액적의 형상 진동 변화 및 모드 특성 (Shape Oscillation and Mode Characteristic of Droplet on Vibrating Flat Surface)

  • 신영섭;임희창
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제37권5호
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    • pp.489-494
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    • 2013
  • 본 연구는 주기적인 강제 진동이 가해지는 액적의 모드 특성을 실험적으로 이해하는 것을 목적으로 하고 있다. 액적의 공진 주파수 예측을 수행하여 이론 및 실험적 해석을 통해 두 접근방법의 타당성을 파악하였으며, 초고속카메라를 사용하여 액적의 다양한 변형 특성-모드 형상, 분리, 미소 액적의 발생, 그리고 비틀림의 특성을 관찰하였다. 이론 해석 및 실험결과와의 비교에 있어 공진 주파수 값의 차이가 약 15% 이하라는 것이 도출되었으며 이러한 차이의 발생 원인으로 접촉선 마찰, 비선형벽 고착, 실험의 불확실성 등에 큰 영향을 받는 것으로 판단된다. 접촉선이 고정되어있을 경우와 작은 진폭 조건 하에서 액적의 모양은 대칭형상을 가졌으며, 공진 주파수에서의 로브의 크기는 주변부 주파수에서의 로브 크기보다 더 크게 된다는 점을 확인하였다.

음향 가진을 이용한 매달려 있는 액적의 형상 진동 모드에 관한 실험적 연구 (An Experimental Study on Shape Oscillation Mode of a Pendant Droplet by an Acoustic Wave)

  • 강병하;문종훈;김호영
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제30권6호
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    • pp.523-530
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    • 2006
  • One of the fascinating prospects is the possibility of new hydrodynamics technology on micro-scale system since oscillations of micro-droplets are of practical and scientific importance. It has been widely conceived that the lowest oscillation mode of a pendant droplet is the longitudinal vibration, i.e. periodic elongation and contraction along the longitudinal direction. 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. It is found that a pendant droplet shows the resonant behaviors at each mode similar to the theoretical analysis. The rotation of the droplet about the longitudinal axis is the oscillation mode of the lowest resonance frequency. This rotational mode can be invoked by periodic acoustic forcing and is analogous to the pendulum rotation. It is also found that the natural frequency of a pendant droplet is independent of the drop density and surface tension but inversely proportional to the square root of the droplet size.

상용 Gentoo 폴리머가 경화된 고체주입표면에서 물방울 거동 (Water droplet behavior on a solid-infused surface cured with commercial Gentoo polymer)

  • 김형원;김정현
    • 한국가시화정보학회지
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    • 제22권1호
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    • pp.61-67
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    • 2024
  • In this study, the behavior of water droplets on a solid-infused surface was evaluated by quantifying a water droplet's contact angle, sliding angle, and terminal velocity. The contact angle hysteresis and sliding angle of water on the solid-infused surface were measured to be lower than those of the hydrophobic PTFE surface. It led to the enhancement of the initiation of the water droplet's movement. When the capillary number was lower than Ca < 0.004, the terminal velocity of the water droplet on the solid-infused surface was higher than the PTFE surface due to the low contact line resistance. However, the transition of the droplet morphology from a hemispherical shape to a streamlined teardrop shape beyond Ca > 0.004 lost the effect of reducing frictional resistance on the solid-infused surface.

가열된 평판위에 매달려 있는 액적의 음향공진에 의한 열 및 물질 전달 촉진에 관한 연구 (Heat and Mass Transfer Enhancement of a pendant droplet on heated horizontal surface by acoustic resonance)

  • 문종훈;강병하
    • 대한설비공학회:학술대회논문집
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    • 대한설비공학회 2005년도 동계학술발표대회 논문집
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    • pp.335-340
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    • 2005
  • 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.

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진동하는 평판 위의 액적의 형상 진동 및 제거 조건에 대한 연구 (Shape Oscillation and Detachment of Droplet on Vibrating Flat Surface)

  • 신영섭;임희창
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제38권4호
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    • pp.337-346
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    • 2014
  • 본 연구는 주기적 강제 진동이 가해지는 표면의 액적 모드 특성과 표면에 놓인 액적의 제거에 대한 조건을 실험적으로 이해하는 것을 목적으로 하고 있다. 액적의 거동을 명확하게 관찰하기 위해 아크릴 표면에 Teflon 코팅을 진행하여 접촉각을 높였고, 히스테리시스는 25도 이내로 진행하여 액적의 거동이 보다 쉽게 진행되도록 하였다. 본 실험은 먼지가 적은 청정실에서 실험이 진행되었다. 제작된 소수성 표면에 놓인 액적의 실제 공진 주파수를 예측하기 위해 이론 및 실험적 해석을 통해 두 접근방법의 타당성을 파악하였으며, 두 개의 초고속카메라를 액적의 상면과 측면에 설치하여 2가지 측면에서 액적의 다양한 형상 변형 특성- 모드 형상, 분리, 미소 액적의 발생, 그리고 좌우 비틀림의 특성을 관찰하였다. 이론 값 비교결과 실제 공진 주파수 값들의 차이가 약 18% 이하로 관찰되었으며, 이러한 차이는 접촉선 마찰, 비선형 벽 고착, 실험의 불확실성 등에 가장 큰 영향을 받는 것으로 판단된다. 사용된 스피커에 상대적으로 낮은 전압을 인가할 경우 액적의 접촉선은 고정된 상태에서 좌우 대칭적인 액적 형상진동이 나타났다. 반면, 높은 전압을 인가할 경우 액적의 접촉선은 비고정된 상태가 되면서 더 활발한 형상 진동이 나타났다. 가진 주파수가 모드 주파수와 일치할 경우에는 액적의 로브 크기가 주변부 주파수 일 때 보다 비교적으로 컸으며, 같은 전압을 인가 할 경우, 표면에 놓인 액적의 미소 액적 발생 및 완전한 제거는 2차 모드에서만 진행되는 것을 실험을 통해 규명하였다.