Delayed droplet coalescence during droplet shedding from superhydrophobic surfaces
Süperhidrofobik yüzeylerden ayrılma esnasında damlacık birleşiminde görülen gecikme
- Tez No: 991487
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET ALPEREN GÜNAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Damlacık yoğuşması, Uydu, Dropwise condensation, Satellite
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Eğimli fonksiyonel yüzeylerden damlacık ayrılmasının, damla tarzında yoğuşmaların ve buzlanmanın önlenmesi gibi uygulama alanlarına önemli etkileri vardır, çünkü bu durum yeni nükleasyon bölgeleri oluşmasına olanak sağlar ve etkili bir şekilde ısı taşımasını arttırır. Bu durum özellikle damla tarzında yoğuşma alanında önemlidir. Aynı zamanda, damla tarzında yoğuşmanın ısı tranferi bakımından film tarzında yoğuşmadan çok daha etkili olduğu da literatürde gösterilmiştir. Bu çalışmada, eğimli özel dokuya sahip süperhidrofobik yüzeylerden ayrılan su damlacıklarının davranışlarını inceliyoruz. Deney düzeneğimiz, damlacık ayrılmasını yüksek hızlı görüntüleme yapabilen kameralar vasıtasıyla üstten ve yandan görüntüleme yapabilmek üzere, mikro düzeyde damlacıklar üretebilmek için de bir piezoelektrik dispanser kullanılarak oluşturulmuştur. Bu düzenekte gerçekleştirdiğimiz deneyler, damlacık ayrılması anında normalde aniden gerçekleşmesi gereken, ve ayrılma öncesi gerçekleşiyor olan microdamlacık birleşmesinin önemli ölçüde geciktiğini göstermektedirler. Bu durum, büyük damlacık üzerinde önemli sayıda kalan uydu damlacıkların farkına varılmasıyla anlaşılmıştır. Bu gecikmeden kaynaklı olarak, damla tarzında yoğuşmanın ısı transferi alanında getirdiği önemli iyileştirmeler etkisini kaybedebilir; bu nedenle bu konu üzerinde detaylı olarak çalışılması gerekmektedir. Bu nedenle, bu çalışmada bu mekanizmayı açıklayabilecek üç farklı fiziksel olgu üzerine yoğunlaşılmıştır. Bunlar sırasıyla zıt baloncuk oluşumu, damlacık kapsüllenmesi ve damlacığın içindeki dengesiz akışlardır. Araştırmamızın sonuçları doğrultusunda, zıt baloncuk oluşumu ve damlacık kapsüllenmesi açıklamaları fiziksel analizler sonucu elenmiş olup, damlacık ayrılmasından doğan sistemin ani bir şekilde açısal hareketlenme yaşaması, sistemde bir istikrasızlık yaratmış ve burada oluşan merkezkaç ivmesi nedeniyle de birleşme kapasitesi sınırlandırılmıştır. Mikro/Nanoyapıların kayan yüzeye uyguladığı dışsal kuvvetler, ve damlacık içerisinde aniden ve dinamik olarak değişen Laplace basıncının etki ettiği içsel kuvvetlerin toplu etkileri dönme hareketine neden olmuştur. Çalışmamız, bu sıra dışı akışkanlar dinamiği olgusuna temel bir açıklama sunar ve kondansör yüzey tasarımları ve hatta genel ara yüzey fiziği alanlarında gelişmelere yol açabilecek bir potansiyele sahiptir.
Özet (Çeviri)
Droplets shedding from inclined functional surfaces has important implications in dropwise condensation and anti-icing applications because it allows for fresh nucleation sites, effectively enhancing the heat transport. It is particularly important for dropwise condensation, which has been showed to be highly effective in terms of heat transfer when compared to filmwise condensation. Here, we study the shedding behavior of water droplets from inclined textured superhydrophobic substrates. Our experimental setup, which consists of high speed imaging and a piezoelectric dispenser, is specifically tailored to image the shedding droplets from the side and the top, while depositing microdroplets to a larger droplet at a predefined rate. Our results show that at the onset of droplet shedding, the coalescence of the microdroplets, which was instantaneous before the shedding occurs, starts to be delayed significantly, as evidenced by the presence of a number of satellite droplets on the surface of the larger droplet. Such a delay would cause the heat transfer enhancements from dropwise condensation to plummet and needs to be studied in detail. For that purpose, we studied three different explanations; namely antibubble formation, cloaking, and instabilities. Our investigation eliminated antibubble formation and cloaking as possible explanations, and determined the instabilities caused by the rapid rotation of the droplet while shedding generated an outward acceleration which limited the capacity to coalesce. This rotation was caused by a combination of external forces applied by the micro/nanostructures on the surface, and internal forces applied by the rapidly changing Laplace pressure. Our study presents a fundamental understanding of a unique fluid dynamics phenomenon with many implications to condenser surface design with the potential to be further generalized into the whole area of interfacial physics.
Benzer Tezler
- Hıyar turşularında sorbik asitin yüzeyde zar oluşumuna etkisi üzerinde bir araştırma
Başlık çevirisi yok
TÜLAY DALGIÇ
- Farklı sıcaklıklarda depolanan yumurtaların mikrobiyolojik bozulması ve salmonellanın kabuktan geçme süresi
Başlık çevirisi yok
GÜNNUR TUNÇEL
