Droplet in miniaturized microfluidic systems have received much focused attention recently. In this work, electrical charging phenomenon of a conducting water droplet on the electrode under the dc electric field is studied and using this phenomenon droplet actuation method for microreactor applications is experimentally demonstrated. To find effects of key factors, the effects of electric field, medium viscosity, and droplet size are investigated. A scaling law of charging for the conducting droplet is derived from the experimental results. Unlike the case of a perfect conductor, the estimated amount of electrical charge ($Q_{est}$) of a water droplet is proportional to the 1.59 power of the droplet radius (R) and the 1.33 power of the electric field strength (E). (For a spherical perfect conductor, Q is proportional to R2 and E.) It is thought that the differences are mainly due to incomplete charging of a water droplet resulted from the combined effect of electrochemical reaction at electrode and the relatively low conductivity of water. Using this phenomenon, we demonstrate the transport of the charged droplet and fusion of two oppositely-charged droplets. When electric field is subjected sequentially on the electrode, the charged droplet is transported on the electrode. For the visualization of fusion of charged droplets, the precipitation reaction is used. When subjected to a DC voltage, two droplets charged are moving and merging toward each other due to the Coulombic force and chemical reaction is simultaneously occurred by coalescence of droplets. It may be due to the interchange effect of charge. It is shown that the droplet can be used for microreactor where transporting, merging etc. of reagents constitute unit operation.
The water droplet motion and the interaction between the droplets in a PEMFC air flow channel with multiple pores, through which water emerges, is studied numerically by solving the equations governing the conservation of mass and momentum. The liquid-gas interface is tracked by a level set method which is based on a sharp-interface representation for accurately imposing the matching conditions at the interface. The method is modified to implement the contact angle conditions on the walls and pores. The dynamic interaction between the droplets growing on multiple pores while keeping the total water flow rate through pores constant is investigated by conducting the computations until the droplet motion exhibits a periodic pattern. The numerical results show that the droplet merging caused by increasing the number of pores is not effective for water removal and that the contact angle of channel wall strongly affects water management in the PEMFC air flow channel.
In the fields of electronics and displays where inkjet printing has demonstrated its capability to fabricate colorant subpixels of thin film transistor liquid crystal(TFT LCD) color filters and organic light emitting diode (OLED) displays, conducting tracks and TFTs, the production of satellite droplets is one of primary things to eliminate because they generally deteriorate the pattern quality. To understand the production mechanism of satellite droplets in this paper, driving waveforms such as monopolar and bipolar were employed and the influence of the pulse duration time were investigated in both experimental and numerical aspects.
Understanding of the impinging behavior of an electrically charged spray is essential in determining appropriate operating conditions for electro-spraying of paints, surface coating materials and insecticides. In the present work, the wall impact behavior of an electrically charged drop has been investigated and compared with that of a neutral drop experimentally. The critical Sommerfeld number representing the spread-splash boundary for the charged drop impacting on the dielectric substrate turned out to be larger compared to that for the neutral drop with the same surface condition. The change of the transition boundary is due to the increase in the surface wettability of the drop on the substrate. However, with the electrically conducting substrates, the charging effect on the transition boundary appeared negligible. This is because the electric discharging time is much shorter than the time required for the flattened drop to reach its maximum extent.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.689-693
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2005
Inkjet printing is a non-contact and direct writing associated with a computer. In the industrial field, there have been many efforts to utilize the inkjet printing as a new way of manufacturing, especially for electronic devices. For the application of inkjet printing to electronic field, one of the key factors is exact realization of designed images into printed patterns. In this work, micro patterning for conducting line has been studied using the piezoelectric print head and silver nano ink. Dimensions of printed images have been predicted in terms of print resolution and diameter of a single dot. The predicted and the measured values showed consistent results. Using the results, the design capability for industrial inkjet printing could be achieved.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.4
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pp.604-613
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2002
Generation characteristics of electrospray droplets for highly viscous liquid have been investigated by measuring size distributions of droplets emitted from the Taylor cone using glycerol solutions with various conductivities. Because of very small volatility of glycerol, droplet sizes can be measured by an aerodynamic size spectrometer (TSI Aerosizer DSP) with negligible evaporation of droplets. For highly conducting and viscous liquid, the sizes of the droplets electrosprayed from the Taylor cone are found to be relatively insensitive to applied voltages and the electrosprays assisted by the corona discharge call produce monodisperse droplets as long as the corona intensity is not too high. Near the minimum flow rate where a liquid cone is stable, the spray tends to consist of a one -peak monodisperse distribution of drop lets. However, at high flow rates, the spray bifurcates into bimodal distributions, which are consistent with the result of the previous study for less viscous liquids than our liquids. For liquid flow rates (Q) below 1 nl/s, the measured droplet diameters by the aerosizer are in the range of 0.30 to 1.2 ${\mu}{\textrm}{m}$ for the glycerol solutions. The diameters of monodisperse droplets scale approximately with $r^*=Q_$\tau$(Q$\tau$){^1/3}$ where $r^*$ is a characteristic length and $\tau$is the electrical relaxation time of the fluid. However, when compared with several represe ntative scaling laws, the droplet diameters are two to six factors greater than those predicted by the scaling laws. This may be closely related to the combined effect of the much higher viscosity and the electrical charge on the jet breakup of glycerol so solution.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.54
no.3
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pp.37-45
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2012
Recently, the livestock industry in Korea was heavily affected by the outbreak of official livestock diseases such as foot and mouse disease, high pathogenic avian influenza, swine influenza, and so on. It has been established that these diseases are being spread through direct contact, droplet and airborne transmission. Among these transmissions, airborne transmission is very complex in conducting field investigation due to the invisibility of the pathogens and unstable weather conditions. In this study, the airborne transmission was thoroughly investigated inside a pig house by conducting tracer gas ($CO_2$) experiment because experiment with real pathogen is limited and dangerous. This is possible as it can be assumed that the flow is similar pattern very fine particles and gas. In the experiment, the ventilation structure as well as the location of gas emission were varied. The $CO_2$ detection sensors were installed at 0.5 and 1.3 m height from the floor surface. The tracer gas level was measured every second. Results revealed that the direction of spread can be determined by the response time. Response time refers to the time to reach 150 ppm from the gas emission source at each measuring points. The location of the main flow as well as the gas emission was also found to be very important factor causing the spread.
Kwak, Ho Jae;Yu, Dong In;Doh, Seungwoo;Park, Hyun Sun;Kim, Moo Hwan
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.8
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pp.531-536
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2017
Nano/micro technology is currently applied to improve solid surface wettability, with recent research studies indicating that nanostructures can improve surface wettability in the hydrophilic direction, and liquid spreading (propagation) is generated by capillary wicking. The majority of the existing research involves qualitative analysis of the spreading phenomena, owing to the difficulty in conducting small-scale analysis (nanostructures). In this study, the droplet interfacial behavior on silicon surfaces with micro/nano/micro-nano structures is experimentally investigated. The interfacial behavior is directly visualized using synchrotron X-ray imaging (side view). The spreading phenomena occur on structured surfaces, and the liquid interface behaviors on the surfaces differ. The liquid film thickness is uniform during spreading on the microstructured surface, but not on the nano case which shows a gentle slope. These combined spreading shapes were observed on a micro-nano structured surface, and liquid propagation was enhanced when the micro- and nano-structures are combined.
We investigated the charging characteristics of a conducting solid sphere (glassy carbon sphere) comparing with that of a water droplet and check the applicability of the perfect conductor theory. For the systematic research, sphere size, applied voltages, viscosity of the medium were changed and the results were compared with that of corresponding water droplets and the perfect conductor theory. Basically, a glassy carbon sphere follows the perfect conductor theory but the charging amount was lower as much as 70~80% of theoretical prediction value due to oil film formed between electrode and a carbon sphere. We hope this result provides basic understandings on the solid sphere contact charging phenomenon and related applications.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.5
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pp.339-347
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2022
The post chamber in hybrid rocket is installed to induce additional increase in combustion enthalpy by allowing continuous burning of the liquefied fuels. When paraffin wax fuel is used, unsteady pressure oscillations are observed only at the beginning of combustion. This study intends to investigate the effect of additional combustion of liquefied fuel droplets on the occurrence of unsteady pressure fluctuations. For this, the combustion in post-chamber was visualized and image analysis using POD(Proper Orthogonal Decomposition) technique was performed. In addition, the hypothesis was proposed on the occurrence of unsteady pressure oscillations by identifying the modes including the behavior of droplets through mode reconstruction. Conducting a series of combustion tests, the amount of liquefied fuel flowing into the post chamber and the generation of fuel droplets were controlled. Also, the changes in frequency characteristic of unsteady pressure oscillation were monitored. As a result, the unsteady pressure oscillations observed in paraffin wax combustion were the result of additional combustion of fuel droplets generated in the post chamber.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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