In this paper an experimental study is presented to investigate the effect of a step edge and a stationary droplet on the dynamic behavior of impacting droplet on a wall. The main parameters are the distance from the edge and the center-to-center distance between two droplets. Photographic images are presented to show coalescence dynamics, shape evolution and contact line movement. The emphasis is on presenting the spreading length of droplet for the step edge and two coalescing droplets along their original centers. It is clarified that the droplet exhibits much different dynamic behavior depending on the location of the step edge. The momentum of impacting droplet was better transferred to the stationary droplet as the center- to-center distance between two droplets was reduced, which results in more spreading of coalescing droplet.
In this study, the behavior of water or nanofluid droplets impacting upon a hot surface was investigated by visualization of impacting phenomena with time-delayed photographic technique. Changing the mass ratio of nanofluid and the temperature of the heated surface, the characteristics of the spreading behavior and the diameter of spreading liquid film was compared between water and nanofluid droplets. The impacting droplet spreaded as a liquid film after impact and nanofluid droplets spreaded more widely than water droplets. After reaching the maximum diameter, water droplets shrinked more than nanofluid droplets. Based on this, the heat transfer area from a hot surface to impacting nanofluid droplets would be wider than that of impacting water droplets. Considering individual impacting droplet only, spray cooling using nanofluid would be better than using water.
In this study, the behavior of water droplet impacting on a thin horizontal orifice was investigated. The impact behavior modes, transition velocities and diameters of daughter droplets were analyzed by changing the droplet velocity, orifice diameter and orifice thickness. Four typical modes of impacting droplet on an orifice were observed. The single-droplet and double-droplet transition velocities increased with increasing the orifice thickness and decreased with increasing the orifice diameter. On the other hand, the multi-droplet transition velocity decreased and then increased as the orifice diameter increased. At thin orifice thickness, the single droplet diameter approximated the orifice diameter, and increasing the orifice thickness produced a droplet larger than the orifice diameter. In the case of double droplet mode, the diameter of the first droplet showed a similar tendency like the single droplet mode, but the diameter of the second droplet was smaller than that of the first droplet, and the difference between them was affected more by the orifice thickness.
In this paper an experimental study is presented to investigate the dynamic behavior of impacting droplet onto a liquid film. The main parameters are the droplet velocity and the thickness of the liquid film. Photographic images are presented to show the formation of crown, central jet and disintegrating droplet from the central jet. The emphasis is on presenting the time evolution of crown diameter, crown height, central jet height and the size of disintegrating droplet from the central jet. The diameter and height of crown are higher for faster droplet and thinner liquid film. On the other hand, the height of central jet are higher for faster droplet and thicker liquid film. The size of disintegrating droplet from the central jet heavily depends on the droplet velocity; Larger droplet is produced with faster falling droplets.
In this study, we investigated the dynamics of a droplet impacting rough hydrophobic surfaces through high-speed imaging. Micrometer-sized structures with grooves and pillars were fabricated on smooth Polydimethylsiloxane (PDMS) surfaces by laser ablation. We used Newtonian and non-Newtonian liquid droplets to study the drop impact dynamics. De-ionized water and aqueous glycerin solutions were used for the Newtonian liquid droplet. The solutions of xanthan gum in water were prepared to provide elastic property to the Newtonian droplet. We found that the orientation of the surface structures affected the maximal spreading diameter of the droplet due to the degree of slippage. During the droplet retraction, the dynamic receding contact angles were measured to be around 90° or less. It resulted in the formation of the micro-capillary bridges between the receding droplet and the surface structures. Then, the rupture of the capillary bridge led to the formation of micrometer-sized droplets on top of the surface structures. The size of the microdroplets was found to increase with increasing the impacting velocity and viscosity of the Newtonian liquid droplets. However, the size of the isolated microdroplets decreased with enhancing the elasticity of the droplets, and the size of the non-Newtonian microdroplets was not affected by the impacting velocity.
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.
Park, Hong-Bok;Yoon, Sam S.;Jepsen Richard A.;Heister Stephen D.
Journal of ILASS-Korea
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v.11
no.2
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pp.89-97
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2006
An inviscid axisymmetric model capable of predicting droplet bouncing and the detailed pre-impact motion, influenced by the ambient pressure, has been developed using boundary element method (BEM). Because most droplet impact simulations of previous studies assumed that a droplet was already in contact with the impacting substrate at the simulation start, the previous simulations could not accurately describe the effect of the gas compressed between a failing droplet and the impacting substrate. To properly account for the surrounding gas effect, an effect is made to release a droplet from a certain height. High gas pressures are computationally observed in the region between the droplet and the impact surface at instances just prior to impact. The current simulation shows that the droplet retains its spherical shape when the surface tension energy is dominant over the dissipative energy. When increasing the Weber number, the droplet surface structure is highly deformed due to the appearance of the capillary waves and, consequently, a pyramidal surface structure is formed; this phenomenon was verified with our experiment. Parametric studies using our model include the pre-impact behavior which varies as a function of the Weber number and the surrounding gas pressure.
In this study, the behavior of water droplet impacting on a thin horizontal wire was visualized by time-delay photography. The impact behavior modes, critical capture speed and trapped mass were analyzed by changing the droplet size, velocity, wire diameter and eccentricity ratio. As the Weber number increased, the hanging, merging, and splitting modes appeared sequentially for the case of central impact, and the hanging and non-splitting modes appeared for the case of off-center impact. The boundary We number of each mode was affected by the diameter ratio. The critical capture speed was affected much by the degree of eccentricity. For all diameter ratios, it was higher for the case of central impact than for off-center impact. The trapped mass was larger for the case of central impact than for off-center impact and it increased with the smaller We number and the larger diameter ratio.
The present study conducts experimental investigation on spreading and deposition characteristics of a $4.3{\mu}l$ de-ionized (DI) water droplet impacting upon aluminum (Al 6061) flat and textured surfaces. The micro-textured surface consisted the micro-hole arrays (hole diameter: $125{\mu}m$, hole depth: $125{\mu}m$) fabricated by the conventional micro-computer numerical control (${\mu}$-CNC) milling machine process. We examined the surface effect of texture area fraction ${\varphi}_s$ ranging from 0 to 0.57 and impact velocity of droplet ranging from 0.40 m/s to 1.45 m/s on spreading and deposition characteristics from captured images. We used a high-speed camera to capture sequential images for investigate spreading characteristics and the image sensor to capture image of final equilibrium deposition droplet for analyze spreading diameter and contact angle. We found that the deposition droplet on textured surfaces have different wetting states. When the impact velocity is low, the non-wetting state partially exists, whereas over 0.64 m/s of impact velocity, totally wetting state is more prominent due to the increase kinetic energy of impinging droplet.
Facial masks have become indispensable in daily life to prevent infection and spread through respiratory droplets in the era of the corona pandemic. To understand how effective two different types of masks (i.e., KF-94 mask and dental mask) are in blocking respiratory droplets, i) we preferentially analyze wettability characteristics (e.g., contact angle and contact angle hysteresis) of filters consisting of each mask, and ii) subsequently observe the dynamic behaviors of microdroplets impacting at high velocities on the filter surfaces. Different wetting properties (i.e., hydrophobicity and hydrophilicity) are found to exhibit depending on the constituent materials and pore sizes of each filter. In addition, the pneumatic conditions for stably and uniformly dispensing microdroplets with a certain volume and impacting behaviors associated with the impacting velocity and filter type change are systematically explored. Three distinctive dynamics (i.e., no penetration, capture, and penetration) after droplet impacting are observed depending on the type of filter constituting the masks and droplet impact velocity. The present experimental results not only provide very useful information in designing of face masks for prevention of transmission of infectious respiratory diseases, but also are helpful for academic researches on droplet impacts on various porous surfaces.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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