تغییرات سینتیک خط تماس ضمن تبخیر سطحی یک قطره آب بر روی سطح جامد

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسنده

استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه لرستان

چکیده

تبخیر قطره، نقش اساسی در بسیاری از کاربردهای مهندسی نظیر پیش‌آمیختگی سوخت / هوا، رشد کریستال، چاپ رنگ و جوهرافشان و همچنین کاربردهای زیست مواد و اکتشاف دارو دارد. علیرغم تحقیقات زیاد، مکانیسم سینتیک خط تماس در تبخیر قطره هنوز بخوبی درک نشده است. مشکل اصلی در درک سینتیک قطره، به توصیف حرکت خط تماس بر روی سطح جامد بر می‌گردد؛ جاییکه شرط عدم لغزش هیدرودینامیک نقض می‌شود. در این تحقیق یک توجیه فیزیکی برای لغزش خط تماس ارائه می‌شود که به کمک مدل مولکولی جریان نزدیک یک سطح، منشأ این لغزش را به گرادیان ممنتم اعمالی مابین سطح مشترک مایع/ گاز نسبت می‌دهد؛ بدین ترتیب که با حرکت به سمت فاز مایع از لغزش کاسته شده و شرط عدم لغزش کلاسیک غالب می‌شود. به کمک فرآیند عدم‌لغزش-لغزش در خط تماس، یک مدل فیزیکی برای مرحله دوم تبخیر قطره بر روی سطح جامد، جاییکه قطره در زاویه تماس ثابت، کاهش حجم می‌دهد، پیشنهاد می‌شود و امکان‌سنجی آن از طریق مقایسه با داده‌های تجربی مورد بحث و بررسی قرار می‌گیرد.

کلیدواژه‌ها


[1] Bourgks-Monnier C, Shanahan MER (1995) Influence of evaporation on contact angle. Langmuir 11: 2820-2829.

[2] Shanahan MER (2001) Spreading of water: Condensation effects. Langmuir 17:8229-8235.

[3]  Hu H, Larson RG (2002) Evaporation of a sessile droplet on a substrate. J Phys Chem B 106:1334-1344.

[4] Hu H, Larson RG (2006) Marangoni effect reverses coffee-ring depositions. J Phys Chem B 110:7090-7094.

[5]  Girard F, Antoni M, Faure S, Steinchen A (2006) Evaporation and marangoni driven convection in small heated water droplets. Langmuir 22:11085-11091.

[6]  Kim J, Ahn S, Kim JH, Zin W (2007) Evaporation of water droplets on polymer surfaces. Langmuir 23:6163-6169.

[7]  Kim J, Ahn S, Kim JH, Kim JS, Cho K, Jung JC, Chang T, Ree M, Zin W (2008) Evaporation of sessile droplets of dilute aqueous solutions containing Sodium n-Alkylates from polymer surfaces: Influences of Alkyl length and concentration of solute. Langmuir 24:11442-11450.

[8] کریم دوست یاسوری الف، پسندیده فرد م (1391) مطالعه تجربی و تحلیلی دینامیک تبخیر سطحی قطرات آب بر روی سطوح مختلف. نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک 98-81 :(2)23.

[9] کریم دوست یاسوری الف، پسندیده فرد م (1393) بررسی تجربی اثرات موئینگی در تبخیر سطحی قطرات آب. نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک 13-1 :(2)25.

[10] Li Q, Zhou P, Yan HJ (2016) Pinning–depinning mechanism of the contact line during evaporation on chemically patterned surfaces: A lattice Boltzmann study. Langmuir 32 (37): 9389-9396.

[11] Wang F, Wu H (2015) Molecular origin of contact line stick-slip motion during droplet evaporation. Sci Rep 5: 17521.

[12] Roisman IV, Opfer L, Tropea C, Raessi M, Mostaghimi J, Chandra S (2008) Drop impact onto a dry surface: Role of the dynamic contact angle. Colloid Surface A 322:183-191.

[13] Šikalo S, Wilhelm HD, Roisman IV, Jakirlic S, Tropea C (2005) Dynamic contact angle of spreading droplets: Experiments and simulations. Phys Fluid 17:062103(1-13).

[14] Bayer I, Megaridis CM (2006) Contact angle dynamics in droplets impacting on flat surfaces with different wetting characteristics. J Fluid Mech 558: 415-449.

[15] Blake TD, Haynes JM (1969) Kinetics of liquid/liquid displacement. J Colloid Interface Sci 30(3).

[16] Cox RG (1986) The dynamics of the spreading of liquids on a solid surface. Part 1, Viscous Flow, J Fluid Mech 168:169-194.

[17] Petrov PG, Petrov JG (1992) A combined molecular-hydrodynamic approach to wetting kinetics. Langmuir 8:1762-176.

[18] Ranabothu SR, Karnezis C, Dai LL (2005) Dynamic wetting: Hydrodynamic or molecular-kinetic? J Colloid Interface Sci 288: 213-221.

[19] Pasandideh-Fard M, Qiao YM, Chandra S, Mostaghimi J (1996) Capillary effects during droplet impact on a solid surface. Phys Fluid 8:650-659.

[20] Ruckenstein E (2002) Microscopic origin of macroscopic wetting. Colloid Surface A 206:3-10.

[21] Huh C, Scriven LE (1971) Hydrodynamic model of steady movement of a solid/liquid/fluid contact line. J Colloid Interface Sci 35(1):85-101.

[22] Voinov OV (1976) Hydrodynamics of wetting. J Fluid Mech 11:714-721.

[23] De Gennes PG (1985) Wetting: Statics and dynamics. Rev Mod Phys 57(3).

[24] Lee J, Sears FW, Turcotte DL (1963) Statistical thermodynamics. Reading, Mass., Addison-Wesley Publishing Co.,Inc.,p. 81.

[25] John JEA (1984) Gas dynamic. Dean, School of Engineering, University of Massachusetts, 2nd ed.

[26] Jennings S (1988) The mean free path in air. J Aerosol Sci 19:159-167.

[27] Ruckenstein E (1992) Dynamics of partial wetting. Langmuir 8:3038-3039.

[28] Ruckenstein E, Dunn CS (1977) Slip velocity during wetting of solids. J Colloid Interface Sci 59(1).

[29] Sefiane K, Tadrist L (2006) Experimental investigation of the de-pinning phenomenon on rough surfaces of volatile drops. Int Commun Heat Mass Trans 33:482–490.

[30] Foister RT (1990) The kinetics of displacement wetting in liquid/liquid/solid systems. J Colloid Interface Sci 136(1).

[31] De Ruijter MJ, Blake TD, De Coninck J (1999) Dynamic wetting studied by molecular modeling simulations of droplet spreading. Langmuir 15: 7836-7847.

[32] Shin DH, Lee SH, Jung J, Yoo JY (2009) Evaporating characteristics of sessile droplet on hydrophobic and hydrophilic surfaces. Microelectron Eng 86:1350-1353.