دانش رسان |
مرکز علم و دانش کشور مقاله بررسی تجربی اثرات موئینگی در دینامیک تبخیر سطحی قطرات آب
در حال بارگذاری
توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد
مقاله بررسی تجربی اثرات موئینگی در دینامیک تبخیر سطحی قطرات آب دارای ۱۸ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد مقاله بررسی تجربی اثرات موئینگی در دینامیک تبخیر سطحی قطرات آب کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
توجه : در صورت مشاهده بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله بررسی تجربی اثرات موئینگی در دینامیک تبخیر سطحی قطرات آب،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد
بخشی از متن مقاله بررسی تجربی اثرات موئینگی در دینامیک تبخیر سطحی قطرات آب :
مقدمه
اخیًرا تبخیر سطحی قطرات آب بـر روی سـطح جامـد
بهعلـت کـاربرد آن در تکنیـک رنـگ ( Dye painting
(technique و آرایــه DNA/RNA از طریــق جریــان
داخلـی (DNA/RNA array through internal flow)
توجه زیادی را به خود جلب کـرده اسـت .[۱] تبخیـر ســطحی قطــره را مــیتــوان در چــاپ جوهرافشــان (Ink-jet printing) و در بسیاری از اشکال پوششدهی از طریـق پاشـش ذرات مـایع (Spray coating) نظیـر اسپری کشاورزی مشاهده کرد که در آنها معمولاً نـرخ تبخیر یا زمان کـل تبخیـر از جملـه موضـوعات مـورد
علاقه است .[۲] درک کامل تبخیر قطره دارای اهمیـت اساســی در بررســی نــرخ فرآینــد خشــک کــردن (The drying rate)، الگوهای جریان داخل قطـرههـای در حـــال خشـــک شـــدن و رســـوبات باقیمانـــده
(The residual deposits) دارد .[۳] تحقیقــات نشــان میدهد که سطوح جامد از حیـث تـراز انـرژی بـه دو دسته تقسیمبندی میشوند :[۴] اول سطوح انـرژی بـالا که در آنهـا انـرژی پیونـد شـیمیایی از مرتبـهی یـک الکترون ولت است و به پیوندهای فلزی و یونی مربوط است و دوم سطوح انرژی پـایین کـه در آنهـا انـرژی پیونـد شـیمیایی از مرتبـه k) 1kT ثابـت بـولتزمن و T
دمای کلوین است) است و به پلیمرها مربوط میشوند.
در سطوح اول، انـرژی سـطحی سـطح جامـد/ هـوا از
مرتبه مـی باشـد و تقریبـاً
همهی مایعات شامل آب بر روی آنها پخش میشـوند (بنابراین زاویهی تماس (Contact angle) آنهـا صـفر درجه است). در چنین حالتی قطـرهی مـایع تـا تبخیـر کامــل تحــت تــأثیر دو مکانیســم رقــابتی پخــش (Spreading) (انبساط خط تماس) و تبخیـر (انقبـاض خط تماس) قطره بر روی سطح جامد است .[۵] بـرای ســطوح بــا انــرژی پــایین، sg 10 50 mJ / m2
میباشد و آنها مشخصات خـیسشـدگی جزئـی را از خود نشان میدهند و زاویهی تماس غیر صـفر دارنـد.
اساس فرآیند تبخیر قطره شامل اثر نیروهای سطحی در
مجاورت خط تماس متحرک مـیباشـد کـه در مراجـع
[۶ , ۷] به آن پرداختـه شـده اسـت. تحقیقـات زیـادی پیرامون تبخیـر سـطحی قطـرات آب بـر روی سـطوح جامــد بــا اســتفاده از روشهــای تجربــی[۸-۱۷] و
شبیهسازی کامپیوتری [۱۸ , ۱۹] وجود دارد. چانـدرا و همکـاران [۲۰] در سـال ۱۹۹۶ اثـر تغییـرات زاویـهی تماس قطـره در تبخیـر قطـره بـر روی سـطوح داغ را بـهصـورت تجربـی مـورد بررسـی قـرار دادنـد. آنهـا دریافتند که با کاهش زاویه ی تماس، سطح تماس بـین قطره و سطح جامد افزایش مییابد که ایـن امـر باعـث افزایش هدایت حرارت قطره و در نهایت نـرخ تبخیـر قطره میشود. تحقیقات هو و همکـاران [۲۱] در سـال
۲۰۰۲ نشان داد که نرخ تبخیر قطره برای زوایای تماس اولیهی کوچک (i<400) تقریباً ثابـت مـیمانـد؛ آنهـا هم چنین با استفاده از رفتار خط تماس، زاویه ی تمـاس
پسروی (Receding contact angle) قطرهی آب بر سطح
شیشهی تمیز را ۲ تا ۴ درجه گـزارش کردنـد. همـهی تحقیقات مذکور وابستگی خطی نرخ تبخیـر بـه شـعاع خط تماس قطره را گزارش کردهاند. بیردی و همکاران
[۲۲] شاید اولین بار وابسـتگی خطـی نـرخ تبخیـر بـه شعاع تماس قطره را ذکر کردند. دیگان [۱۶] یک دهـه بعد، تبخیر قطره و تشکیل رسوبات حلقه مانند از یـک ناخالصی را بر روی سطح بررسی کرد. او نشان داد کـه تشکیل حلقه بهعلت ایجاد نیروی موئینگی است که در نتیجهی آن بیشتر تبخیر در نزدیک ناحیهی خط تمـاس رخ میدهد. بیردی و همکـاران [۲۲] هـم چنـین نشـان
دادند که نرخ تبخیر قطره بر سطوح آبدوست (۰<900)
نسبت به زمان ثابت میماند و طی آن زاویـه ی تمـاس قطره در سطح تماس ثابت کاهش مییابـد. ولـی نـرخ تبخیر بر سطوح آبگریـز (۰>900) تغییـرات غیرخطـی دارد که در طی آن سطح تماس در زاویه ی تماس ثابت کاهش مییابد. این در حالیسـت کـه کـولینیچ در سـال
۲۰۰۹ رفتار غالب قطره حین تبخیـر سـطحی بـرای دو سـطح شــدیداً آبگریــز (۰>1500) ولــی بـا پســماند (Hysteresis) پــایین و بــالا را بــهترتیــب لغزشــی و
۸۴
امیر کریم دوست یاسوری- محمد پسندیده فرد سال بیست و پنجم، شماره دو، ۱۳۹۳
غیرلغزشی گزارش کرد .[۲۳] وی نشـان داد کـه رفتـار لغزشی یا غیر لغزشی خط تماس حین تبخیـر سـطحی قطــره هــم تــابع قابلیــت خــیسشــدگی (آبگریــزی و آبدوستی) سطح و هـم تـابع پسـماند زاویـه ی تمـاس
(اختلاف زاویه ی تماس پیشرو و پسرو) است. بنابراین علیرغم تحقیقات زیاد هنوز معیاری بـرای پـیشبینـی رفتار لغزشی یا غیرلغزشی قطره بر روی سـطح ضـمن تبخیر قطره در دست نیسـت و کماکـان تمـایز سـطوح بــرای چنــین رفتــاری از موضــوعات چــالش برانگیــز محسوب میشود. تحقیق حاضر اثر جنس سـطح را در قالــب ســطوح مختلــف شیشــه، پلکســیگــلاس (Plexiglas)، آلومینیم و مـس بـر روی تبخیـر سـطحی
قطرات آب به صورت تجربی مورد بحث و بررسی قرار میدهد. با معرفی موانع انرژی در مقابل تبخیر، معیاری برای لحظهی وقوع لغزش خط تماس در حـین تبخیـر قطرات بر روی سطح ارائه میشود. در نهایت تغییـرات انرژی سطحی قطره ضمن تبخیر سطحی مورد بحث و بررسی قرار میگیرد.
معادلهی حاکم بر نرخ تبخیر سطحی قطره
معادلات حاکم بر نـرخ نفـوذ جـرم بخـار هـوا و نـرخ هدایت حرارت از لحاظ ریاضی مشابه هستند. ماکسول
معادله نرخ نفوذ کلی غلظت بخار را از یـک قطـره بـه
شعاع r در حالت شـبه تعـادلی یـا حالـت پایـدار و بـا
فرض اینکه غلظت بخار در سطح قطره cr بـا غلظـت حالت تعادل (یعنی غلظت بخار اشباع در دمـای سـطح
قطره) معادل باشد بهصورت زیر بهدست آورد :[۲۴]
(۱) S m ( cr c )
r
که در آن ضریب نفوذ بخار آب در هـوا، c غلظـت
بخار آب در فاصلهی خیلـی دور و S سـطح خـارجی
قطره است و داریم c=cr که در آن رطوبت نسبی
محیط است. این رابطه برای یک قطـره کـه در شـرایط آزاد و شـناور در محـیط قـرار دارد صـادق اسـت. امـا
مطابق شکل (۱)، برای قطرهای که بر روی سطح جامد قرار گرفته است نرخ تبخیر بـه علـت ممانعـت سـطح،
کمتر از مقدار رابطه ی (۱) خواهد بود .[۲۱] در ادامه به
معرفی روش انجام تحقیق، مشخصات دستگاه آزمایش و جمعآوری اطلاعات پرداخته میشود.
شکل ۱ یک قطره بر روی سطح
روش انجام آزمایش
سطوح شیشه، پلکسی گـلاس، آلـومینیم و مـس بـرای انجام آزمایش بهکار میرود. از نمونههای سـطح جامـد عاری از هر نوع آلودگی سطحی برای انجـام آزمـایش استفاده میشود. با استفاده از سرنگ، قطرهای از آب بر روی سطح جامد گذاشته مـیشـود و بـا یـک دوربـین
CCD (Coupled-Camera Devise) از لحظــهی تمــاس
قطره بر روی سطح تا لحظهی ناپدید شدن آن از فرآیند تبخیر سطحی قطره در بازههای زمانی ۰/۵ دقیقه عکس گرفته میشود. تصاویر به دست آمده بعـد از انتقـال بـه کامپیوتر با استفاده از نرمافزار تحلیـل تصـویر ( Image Image J (processing مورد ارزیـابی قـرار مـیگیـرد و کمیتهایی نظیـر ارتفـاع خـط مرکـزی قطـره (ارتفـاع ماکزیمم) و شعاع تماس قطره اندازهگیـری مـیشـوند.
جدول (۱) جزئیات دستگاه آزمایش را نشان میدهد.
چیدمان دستگاه آزمایش مطابق شکل (۲) میباشد
و آزمــایشهــا در محــیط بــا دمــای ۲۶±۲ درجــهی ســانتیگــراد و رطوبــت نســبی بــین (۵۰- ۴۰)% ±۳%
صورت گرفته است.
۸۵
[۱, ۲۱]
gRh0/
نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک بررسی تجربی اثرات موئینگی در دینامیک تبخیر ;
جدول ۱ وسایل انجام آزمایش
وسیله ملاحظات
دوربین Camera Model: GRAS -03K2M/C, 1/3″ KAI 0340D CCD
لنز دوربین TEC-M55
سرنگ آزمایش میکرولیتر
سطح جامد مورد آزمایش پلکسی گلاس، شیشه، مس و آلومینیم
مایع مورد آزمایش آب
شکل ۲ شماتیکی از تجهیزات آزمایش در تحقیق حاضر
به منظور تعیین اینکه شکل قطـره بـر روی سـطح جامد شکل کروی بهخود میگیرد یا خیر، از عدد بانـد
(Bond number) استفاده میشود که بـهصـورت نسـبت نیروی گرانش به نیـروی کشـش سـطحی بـا رابطـهی
Bo= تعریف میشود که در آن اختلاف
چگالی بین آب و هوا، g ثابت گرانش، R شـعاع خـط
تماس، h0 ارتفاع اولیهی خط مرکزی قطره و کشـش
سطحی آب/هوا است (شکل .(۳
شکل ۳ پارامترهای قابل اندازهگیری قطره بر روی سطح
عدد باند به دست آمده بـرای آزمـایشهـای انجـام شده در این تحقیق در محـدودهی ۰/۴-۰/۲ اسـت کـه نشان میدهد تنش سطحی غالب است
اشتراک‌گذاری:
- در صورتی که به هر دلیلی موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید با ما تماس بگیرید.
