بررسی تحلیلی و تجربی اثرات موئینگی در تعامل یک قطره مایع با سطح جامد

درک اثرات موئینگی در تعامل قطره مایع با سطح در بسیاری از فرآیند ها از کاربردهای صنعتی نظیر چاپگرهای جوهر افشان، ایجاد پوشش رنگها و پاشش سموم کشاورزی گرفته تا موارد طبیعی نظیر ریزش باران از اهمیت قابل توجه ای برخوردار است. تحقیق حاضر به بررسی تجربی و تحلیلی اثرات موئینگی در تعامل قطره با سطح در سه بخش مختلف می پردازد. در ابتدا پخش خودبخود قطره مایع بر روی سطح از جنبه میکروسکوپیک مورد توجه قرار می گیرد که منجر به رابطه ای بین زاویه تماس دینامیکی و سرعت خط تماس می شود. این رابطه دارای دو پارمتر میکروسکوپیک است که از قبل مشخص نیستند و معمولاً از برازش سرعت خط تماس و زاویه تماس دینامیکی نظیر با استفاده از آزمایش بدست می آیند. در این تحقیق رابطه ای برای هریک از این دو پارمتر بصورت تابعی از خواص معلوم سیستم جامد/مایع ارائه می شود. در بخش دوم، برخورد قطره بر روی سطوح نرم پلی دی متیل سیلیکسونها با ضخامت های مختلف به روش تجربی مورد بررسی قرار می گیرد. ارزیابی دینامیک برخورد قطره طی برخورد و محدوده اسپلاش / لایه نشانی، در محدوده ای از اعداد رینولدز بین 1000 تا 16000 و عدد وبر تا 2600 از جمله موارد مورد بررسی در این پژوهش است. نتایج تجربی نشان می دهد که اثر نرمی و ضخامت سطح بر روی مرز بین اسپلاش و لایه نشانی و همچنین مرحله پخش پیشرو ناچیز است در حالیکه این تأثیر بر روی مرحله برگشت قطره، قابل توجه است. بخش بعدی تحقیق حاضر به بررسی اثرات موئینگی در پدیده تبخیر سطحی قطره بر روی سطح می پردازد. بررسی تجربی رفتار سطوح شیشه، پلکسی گلاس، آلومینیم و مس در تبخیر سطحی قطرات آب نشان می دهد که تبخیر سطحی برای سطوح آلومینیم و مس عموماً در سطح تماس ثابت صورت می گیرد و این در حالیست که قطره آب بر روی سطوح شیشه و پلکسی گلاس معمولاً در بازه های زمانی مشخصی رفتار لغزشی را نیز تجربه می کند. بررسی تجربی و تحلیلی دینامیک تبخیر سطحی قطرات آب بر روی سطوح با پسماند زاویه تماس مختلف، موضوع بحث بعدی است. مشاهدات تجربی نشان می دهد که سطوح با پسماند بالا در بیشتر زمان تبخیر در مرحله سطح تماس ثابت قرار می گیرند و این در حالیست که قطره بر روی سطوح با پسماند پایین، در بیشتر مدت زمان تبخیر، فرآیند زاویه تماس ثابت را تجربه می کند. در ادامه، از این نتیجه استفاده شده و فرض می شود که کل فرآیند تبخیر بر روی سطوح با پسماند بالا و پایین در یک مرحله غالب صورت می گیرد و با استفاده از این فرض، معادله حاکم بر تبخیر قطره بر روی سطوح با پسماند بالا و پایین جداگانه و بصورت تحلیلی حل می گردد. مطابقت خوبی بین نتایج بدست آمده از این تحلیل تئوری با داده های تجربی مشاهده می شود که اعتبار مدل تحلیلی پیشنهادی را تأیید می کند.