Combined effects of surfactant and viscoelasticity on drop dynamics
Yüzey aktif maddesi ve viskoelastisitenin damacık dinamiğine üzerindeki kombine etkileri
- Tez No: 520355
- Danışmanlar: PROF. DR. METİN MURADOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 91
Özet
Çözülebilir yüzey aktif maddesi ve viskoelastisitenin damlacık dinamiği üzerindeki etkileri arayüz-izleme yöntemi kullanılarak sayısal olarak incelendi. Hem yükselen hem de çöken damlacık durumları göz önünde bulunduruldu. Bu çalışmada, viskoelastisite damlacık akışkanına eklenirken çözülebilir yüzey aktif maddesi ise dıştaki akışkana ilave edildi. Damlacık akışkanındaki viskoelastik etkiler FENE-CR modeli kullanılarak hesaba katıldı. Sıkıştırılamaz Navier-Stokes denklemleri yüzey aktif maddesi evolüsyon denklemleri ve viskoelastik model denklemleriyle birlikte tam bağlı olarak (fully-coupled) bütün hesaplama bölgesinde sayısal olarak çözüldü. Yüzey gerilmesi doğrusal olmayan bir durum denklemi kullanılarak ara-yüzeydeki yüzey aktif maddesi konsantrasyonuna bağlandı. Yüzey aktif maddesi ve viskoelastisitenin kombine etkilerini incelemek amacıyla neredeyse-küresel, çökmeli elipsoit kep ve etekli damlacık rejimleri için çok sayıda sayısal simülasyon yapıldı. Yüzey aktif maddesinden kaynaklanan Marangoni gerilmesinin genel olarak viskoz kayma gerilmesinin aksi yönde etki ettiği, ara-yüzeyin hareketliliğini kısıtladığı ve bunun sonucu olarak damlacığın hızını azalttığı bulundu. Bu etkinin en çok neredeyse-küresel damlacık durumunda belirgin olduğu tespit edildi. Çökmeli elipsoit kep ve etekli damlacık rejimlerinde ise damlacığın ön kısmından adsorbe edilen yüzey aktif maddesinin hızlı bir şekilde damlacığın arkasına doğru konvetke olması nedeniyle ara-yüzeyin büyük kısmının temiz kaldığı ve dolayısıyla yüzey aktif maddesinin etkilerinin büyük oranda azaldığı gözlendi. Neredeyse-küresel rejimde damlacık içindeki viskoelastik gerilme dağılımının üniform olduğu ve dolayısıyla damlacık dinamiğine etkisinin ihmal edilebilir mertebede kaldığı tespit edildi. Çökmeli elipsoit kep ve etekli damlacık rejimlerinde ise viskoelastik gerilmelerin damlacığın arkasındaki durma noktası civarında yoğunlaştığı ve damlacığın arkasında çökme oluşmasına neden olduğu gözlendi. Bu etkinin yüzey aktif maddesi eklenmesiyle daha da kuvvetlendiği ve ekstrem durumlarda arkadaki çökmenin içeri doğru ilerleyerek damlacık ortasında delik oluşmasına yok açtığı bulundu.
Özet (Çeviri)
Combined effects of surfactant and viscoelasticity on droplet dynamics are studied in an axisymmetric tube using a front-tracking method. Both rising and sedimenting droplet cases are considered. Viscoelasticity is contained in the droplet fluid while surfactant is contained in the continuous phase. The FENE-CR model is used to account for droplet liquid viscoelasticity. The incompressible Navier-Stokes equations are solved fully coupled with the surfactant evolution and the viscoelastic model equations in the entire computational domain. The surface tension is related to the interfacial surfactant concentration by a non-linear equation of state. Extensive simulations are performed to investigate the effects of both viscoelasticity and surfactant on droplet dynamics in nearly spherical, dimpled ellipsoidal cap and skirted regimes. It is found that the surfactant-induced Marangoni stresses generally counteract the viscous shear stresses to reduce mobility of the interface and thus decrease the terminal velocity of the droplet. This effect is most pronounced in the nearly spherical regime in which the interface is almost fully immobilized making the droplet behave like a solid sphere. In the dimpled ellipsoidal cap and skirted regimes, the effects of surfactant diminish significantly since the surfactant adsorbed at the leading edge is quickly convected toward the rear edge rendering the most part of the interface clean. The viscoelastic stresses are found to be nearly uniform in the nearly spherical regime and thus have negligible influence on drop dynamics. However, the viscoelastic stresses concentrate around the rear stagnation point and induce an indentation there especially in the dimpled ellipsoidal cap and skirted regimes. This effect is significantly amplified in the presence of the surfactant leading to creation of a hole at the drop centerline in extreme cases.
Benzer Tezler
- Effects of surfactant and viscoelasticity on turbulent bubbly flows
Kabarcıklı Türbülanslı Akışlarda Yüzey Aktif Maddesi ve Viskoelastisitenin Etkileri
ZAHEER AHMED
Doktora
İngilizce
2020
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN MURADOĞLU
- Comprehensıve analysıs of vıtamın D3 adsorptıon and monıtorıng usıng QCM wıth hydrophobıc algınate-halloysıte nanoclay composıte bılayers
Hidrofobik aljinat-halloysit nanokil kompozitleri QCM kullanılarak D3 vitamini adsorpsiyonu ve izlenmesinin kapsamlı analizi
MERVENUR KİRAZOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİRGÜL BENLİ
- Yüzey aktif madde dispersiyonlarının aktif karbon adsorbsiyonu ile desteklenmiş çapraz akış mikrofiltrasyonu
Başlık çevirisi yok
CANAN AKMİL
Doktora
Türkçe
1999
Kimya MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AVNİ ÇAKICI
- Kaplama ve polimerlerde kullanılan alüminyum ve antimon içerikli alev geciktricilerin tayini
Determination of aluminum and antimony containing flame retardants used in coatings and polymers
MURAT TURAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
KimyaSakarya ÜniversitesiYangın ve Yangın Güvenliği Anabilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ŞAHİN DÜNDAR
- Ön işlemsiz ve CTAB ön işlemli şeker pancarı adsorbente tekli boyarmadde ve tekli metal iyonları ile ikili karışımlarının adsorpsiyonunun incelenmesi
Investigation of adsorption of single dye and single metal ions and their binary mixtures onto the untreated and CTAB treated sugar beet pulp adsorbent
DUYGU ŞAFAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
BiyoteknolojiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZÜMRİYE AKSU