Προσομοίωση υπερυδρόφοβων επιφανειών με μεθόδους υπολογιστικής ρευστοδυναμικής

Καραμπλιάς, Ιωάννης; Karamplias, Ioannis

dc.contributor.author	Καραμπλιάς, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Karamplias, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2020-09-25T09:56:41Z
dc.date.available	2020-09-25T09:56:41Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51155
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18853
dc.rights	Default License
dc.subject	Υπερυδρόφοβες επιφάνειες	el
dc.subject	Μέθοδος VOF	el
dc.subject	Δυναμική πρόσκρουσης	el
dc.subject	Μορφολογία επιφάνειας	el
dc.subject	Γωνία επαφής	el
dc.subject	Superhydrophobic surfaces	en
dc.subject	VOF method	en
dc.subject	Collision dynamics	en
dc.subject	Surface morphology	en
dc.subject	Contact angle	en
dc.title	Προσομοίωση υπερυδρόφοβων επιφανειών με μεθόδους υπολογιστικής ρευστοδυναμικής	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μελέτη υπερυδροφοβηκότητας επιφανειών	el
heal.classification	Study superhydrophobic of surfaces	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-02-18
heal.abstract	Προτείνεται ένα δισδιάστατο υπολογιστικό μοντέλο για την προσομοίωση της πρόσκρουσης σταγόνων σε μια στερεή επιφάνεια με σκοπό τη μελέτη της υπερυδροφοβικότητάς της. Το υπολογιστικό μοντέλο βασίζεται στη μέθοδο Volume Of Fluid, η οποία είναι ικανή να περιγράψει τη δυναμική συμπεριφορά δύο μη–αναμίξιμων ρευστών με ικανοποιητική ακρίβεια, και υλοποιήθηκε στο λογισμικό ANSYS Fluent. Το φαινόμενο της πρόσκρουσης και αναπήδησης μιας σταγόνας από μια στερεή επιφάνεια παρουσιάζει πλούσια φυσική λόγω του ότι εμπεριέχει την αλληλεπίδραση τριών φάσεων (υγρή φάση της σταγόνας, αέρια φάση του περιβάλλοντος ρευστού και στερεή φάση της επιφάνειας πρόσκρουσης). Για την εξαγωγή, κατά το δυνατό, γενικών συμπερασμάτων απαιτείται η χρήση αδιάστατων αριθμών μέσω των οποίων πρέπει να εκφραστούν οι (συνήθως αντίρροποι) παράγοντες που ελέγχουν το φαινόμενο. Έγινε προσπάθεια το πρόβλημα να προσεγγιστεί με βάση δύο ομάδες αδιάστατων αριθμών. Η πρώτη ομάδα αφορά αδιάστατους αριθμούς που σχετίζονται με τη δυναμική της αλληλεπίδρασης των δύο ρευστών φάσεων, ενώ η δεύτερη καθαρά με γεωμετρικές παραμέτρους της επιφάνειας. Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν ακολουθώντας την παραπάνω προσέγγιση διαπιστώθηκε ότι η υπερυδροφοβικότητα μιας επιφάνειας δεν είναι εγγενής της ιδιότητα. Αυτό σημαίνει ότι μια επιφάνεια δεδομένης γεωμετρίας και στατικής γωνίας επαφής δεν μπορεί να χαρακτηριστεί a priori ως υπερυδρόφοβη ή μη. Αυτό γιατί, ανάλογα τις επικρατούσες συνθήκες μεταξύ των δύο ρευστών φάσεων, η ίδια επιφάνεια μπορεί να εμφανίσει ή όχι υπερυδρόφοβη συμπεριφορά. Από πρακτική σκοπιά αυτό σημαίνει ότι για να κατασκευασθεί μια επιφάνεια με υπερυδρόφοβη συμπεριφορά απαιτείται να προσδιοριστεί το περιβάλλον (όπως αυτό καθορίζεται από τις θερμοφυσικές ιδιότητες των δύο ρευστών φάσεων, το συντελεστή διεπιφανειακής τάσης και την ταχύτητα πρόσκρουσης των σταγόνων) στο οποίο θα πρέπει να εκφράσει υπερυδρόφοβη συμπεριφορά. Όπως διαπιστώθηκε, υπάρχουν συνθήκες οι οποίες ευνοούν την έκφραση της υπερυδροφοβικότητας μιας επιφάνειας, οπότε σε αυτές τις περιπτώσεις η ακριβής μορφολογία της έχει δευτερεύοντα ρόλο, αλλά και αντίστροφα, η ακριβής μορφολογία της επιφάνειας μπορεί να καταβάλει την τάση μη–εκδήλωσης υπερυδρόφοβων χαρακτηριστικών.	el
heal.abstract	A two-dimensional computational model is proposed for the simulation of droplets impact on a solid surface with purpose the study of its superydrophobicity. The computational model was based on the Volume Of Fluid method which is capable of describing the dynamic behavior of two non-miscible fluids with sufficient accuracy, and was implemented in ANSYS Fluent software. The phenomenon of droplet impacting and bouncing from a solid surface is rich in physics because of the interaction of three phases (liquid phase of droplet, gaseous phase of ambient fluid and solid phase of the impact surface). To export, as far as possible, general conclusions is required the use of dimensional numbers through which must be expressed the (usually opposites) factors that controlling the problem. An attempt was made to approach the problem on the basis of two groups of dimensional numbers. The first group concerns dimensional numbers that was related with dynamics of the interac-tion of the two fluid phases, while the second group was clearly related with geometrical parameters of surface. From results obtained by following the above approach, was found that superydrophobicity of a surface it’s not an inherent property. That means surface of a given geometry and static contact angle cannot be characterized a priori as superydrophobic or non. That’s because depending on prevailing conditions between two fluid phases, the same surface may or may not exhibit superydrophobic behavior. From a practical point of view, that means for manufacture a superydrophobic surface, the environment is required to be determined (as specified from thermophysical properties of two−phase fluids, interfacial tension coefficient and impact velocity of droplets). It was found that there are conditions which favor the superydrophobicity of a surface, so in these cases the exact morphology of surface has secondary role, but also vice versa, morphology of surface could overcome non-manifestation tendency of superydrophobic characteristics.	en
heal.advisorName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Καραντώνης, Αντώνιος	el
heal.committeeMemberName	Κακάλη, Γλυκερία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	53 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false