Numerical simulation of non-Newtonian fluids flow over surfaces
Tid: Fr 2023-09-15 kl 13.00
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Teknisk mekanik
Respondent: Kazem Bazesefidpar , Teknisk mekanik
Opponent: Professor Shahriar Afkhami, New Jersey Institute of Technology
Handledare: Associate Professor Outi Tammisola, Teknisk mekanik; Professor Luca Brandt, Teknisk mekanik
QC 230824
Abstract
Vätning av icke-newtonska vätskor på en yta är ett viktigt och vanligt förekommande problem i naturliga och industriella processer såsom ytrengöring, olika ytbeläggningar, bläckstråleskrivare för att nämna några exempel. Viskoelastiska vätskor består av polymerer och lösningsmedel och hör till kategorin icke-Newtonska vätskor, och de uppvisar båda elasticitet och skjuvningsberoende viskositet. Trots icke-Newtonska vätskors relevans i vardagen har deras vätningsegenskaper studerats mycket mindre hittils än processen för Newtonska vätskor. Vidare så används ofta förenklade antaganden av kontaktlinjens rörelse, såsom ett konstant värde av kontaktvinkeln som inte beror på spridningshastigheten.
I detta arbete implementerar vi en numerisk lösningsmetod för dynamiska vätningsproblem av viskoelastiska droppar. Vi löser de kopplade Cahn-Hilliard, Navier-Stokes och viskoelastiska konstitutiva ekvationerna tillsammans för att få fram detaljerad information av strömningen såsom fördelningen av viskoelastiska spänningar inuti droppen. Speciellt intressant är att fokusera på områden där egenskaperna varierar diskontinuerligt, till exempel kontaktlinjer och i vätskebryggan mellan koalescerande droppar. Först presenterar vi tanken bakom duala nät för att öka upplösningen nära ytan i viskoelastiska tvåfasflöden. I synnerhet presenterar vi ekvationerna och valideringen av den numeriska lösaren för vätning av viskoelastiska vätskor. I den andra delen undersöker vi effekten av de icke-newtonska egenskaperna påverkar två koalescerande droppar som hoppar från en superhydrofob yta, ett problem av potentiellt intresse för självrengörande ytor. I den sista delen undersöks de viskoelastiska effekternas betydelse för snabba vätningsprocesser på en slät hydrofil yta samt för rörelsen av droppar med kontaktlinjehysteres.