تبخیر قطرات خطی بر یک سطح با استفاده از روش کمینه‌سازی انرژی

اویسی, مهرناز; بازارگان, وحید

doi:10.22060/mej.2025.23387.7752

دانشگاه صنعتی امیرکبیر

تعداد نشریات	8
تعداد شماره‌ها	418
تعداد مقالات	5,502
تعداد مشاهده مقاله	6,191,927
تعداد دریافت فایل اصل مقاله	5,397,853

	تبخیر قطرات خطی بر یک سطح با استفاده از روش کمینه‌سازی انرژی
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 56، شماره 11، بهمن 1403، صفحه 1537-1554 اصل مقاله (1.56 M)
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2025.23387.7752
نویسندگان
مهرناز اویسی؛ وحید بازارگان^*
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران
چکیده
قطرات خطی، قطراتی با طول و عرض محدود هستند. این قطرات را می‌توان با فرض دو کلاهک در دو انتها و یک بخش مستطیلی در وسط مدل کرد. در این مطالعه، خط تماس قطرات خطی با اشکال و نسبت‌های ابعادی مختلف، در طی فرایند تبخیر آنها مورد بررسی قرار می‌گیرد. بدین منظور یک روش جدید با استفاده از کشش‌های سطحی مختلف گاز-جامد برای یک سطح خشک در مقابل یک سطح قبلا خیس‌شده برای تعیین شکل قطره در طول تبخیر پیشنهاد شده است. در طول تبخیر این قطرات روی یک سطح، متوجه می‌شویم که مهارشدگی خط تماس قطرات خطی منجر به جریان بیرونی ناشی از تبخیر به سمت خط تماس می‌شود، علاوه بر این، نرخ تبخیر محلی را در سطح قطره پیدا کرده و جریان داخلی تولید شده در نتیجه تبخیر قطرات خطی را مطالعه می‌کنیم. خط تماس در انتهای قطرات (دو نیم‌کره) در زوایای تماس بالاتری نسبت به قطرات با رد اثر دایره‌ای شروع به پسروی می‌کند. سرعت جریان بیرونی به سمت انتهای قطره خطی در مقایسه با سرعت جریان به سمت طرفین بیشتر است.
کلیدواژه‌ها
قطرات خطی؛ تبخیر؛ تغییر فاز؛ خط تماس؛ کشش سطحی
عنوان مقاله [English]
Evaporation of line droplets on a substrate: Energy Minimization Method
نویسندگان [English]
Mehrnaz Oveysi؛ Vahid Bazargan
University of Tehran
چکیده [English]
Line droplets are sessile droplets with finite length and width. The drops can be represented by assuming two spherical caps at each end and a rectangular part in the middle. This study examines the behavior of the contact line of line droplets with different shapes and aspect ratios as they evaporate. We suggest a new method using the different solid-gas interfacial tensions for dry vs. a previously wet substrate to determine the shape of the droplet during evaporation. The pinning of the contact line of line droplets leads to the outward evaporation-induced flow toward the contact line as previously described for spherical and infinite cylindrical droplets. During the evaporation of these droplets on a surface, it is observed that the contact line at the droplet ends recedes at higher contact angles than droplets with a circular footprint. Furthermore, we find the local evaporation rate at the surface of the droplet and study the internal flow generated as a result of evaporation. The outward flow velocity toward the ends along the droplet is higher compared to the flow velocity toward the sides.
کلیدواژه‌ها [English]
Line Droplet, Evaporation, Phase Change, Contact Line, Surface Tension

مراجع
[1] Y. Shen, F. Kang, Y. Cheng, P. Liu, X. Wang, K. Zhang, Numerical and theoretical analysis of sessile droplet evaporation in a pure vapor environment, Symmetry, 14(5) (2022) 886. [2] J.M. Stauber, S.K. Wilson, B.R. Duffy, K. Sefiane, On the lifetimes of evaporating droplets with related initial and receding contact angles, Phys. Fluids, 27(12) (2015). [3] T.W. Van Der Heijden, A.A. Darhuber, P. Van Der Schoot, Macroscopic model for sessile droplet evaporation on a flat surface, Langmuir, 34(41) (2018) 12471–12481. [4] H.-H. Sun, et al., Evaporation of saline colloidal droplet and deposition pattern, Chin. Phys. B, 29(1) (2020) 014701. [5] H. Liu, J. Deng, Influence of Marangoni effect on heat and mass transfer during evaporation of sessile microdroplets, Micromachines, 13(11) (2022) 1968. [6] B. Mansoor, W. Chen, Nanoparticle deposition pattern during colloidal droplet evaporation as in-situ investigated by low-field NMR: The critical role of bound water, J. Colloid Interface Sci., 613 (2022) 709–719. [7] R. Sharma, C.Y. Lee, J.H. Choi, K. Chen, M.S. Strano, Nanometer positioning, parallel alignment, and placement of single anisotropic nanoparticles using hydrodynamic forces in cylindrical droplets, Nano Lett., 7(9) (2007) 2693–2700. [8] B. De Gans, P.C. Duineveld, U.S. Schubert, Inkjet printing of polymers: state of the art and future developments, Adv. Mater., 16(3) (2004) 203–213. [9] A. Aboubakri, Y. Akkus, A.K. Sadaghiani, K. Sefiane, A. Koşar, Computational and experimental investigations on the evaporation of single and multiple elongated droplets, Chem. Eng. J. Adv., 10 (2022) 100255. [10] A. Petsi, V. Burganos, Potential flow inside an evaporating cylindrical line, Phys. Rev. E, 72(4) (2005) 047301. [11] A. Petsi, V. Burganos, Stokes flow inside an evaporating liquid line for any contact angle, Phys. Rev. E, 78(3) (2008) 036324. [12] H. Masoud, J.D. Felske, Analytical solution for Stokes flow inside an evaporating sessile drop: Spherical and cylindrical cap shapes, Phys. Fluids, 21(4) (2009). [13] H. Hu, R.G. Larson, Analysis of the effects of Marangoni stresses on the microflow in an evaporating sessile droplet, Langmuir, 21(9) (2005) 3972–3980. [14] R. Tadmor, P.S. Yadav, As-placed contact angles for sessile drops, J. Colloid Interface Sci., 317(1) (2008) 241–246. [15] J. Drelich, The significance and magnitude of the line tension in three-phase (solid-liquid-fluid) systems, Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp., 116(1–2) (1996) 43–54. [16] H. Hu, R.G. Larson, Evaporation of a sessile droplet on a substrate, J. Phys. Chem. B, 106(6) (2002) 1334–1344. [17] Y.Y. Tarasevich, Simple analytical model of capillary flow in an evaporating sessile drop, Phys. Rev. E, 71(2) (2005) 027301. [18] W. Cui, et al., Numerical study on the evaporation of a non-spherical sessile droplet, Micromachines, 14(1) (2022) 76.
آمار تعداد مشاهده مقاله: 277 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 174

سامانه مدیریت نشریات علمی. طراحی و پیاده سازی از سیناوب

پیوندهای مفید

آمار

تبخیر قطرات خطی بر یک سطح با استفاده از روش کمینه‌سازی انرژی