Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.7
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pp.871-880
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1999
In this paper an experimental study is presented of the problem of dynamic behavior of a water droplet impinging upon a heated surface. The experiments are mainly focused on the effects of impinging angle of a droplet and surface temperature on the impact dynamics of the droplet. It Is clarified that the droplet exhibits much different behavior depending on the normal momentum of an impinging droplet before impact. At surface temperature In the nucleate boiling regime. the disintegration of a droplet doesn't occur, whereas the deforming droplet adheres to the surface. The spreading and contraction of the liquid film is repeated a couple of times for the horizontal surface but the expanded droplet just slips without noticeable contraction for the inclined surfaces. In the film boiling regime, the impinging droplet spreads over the surface as a liquid film which is separated from the surface by produced vapor. Depending on the magnitude of the normal momentum of the droplet the disintegration into the several irregular shapes of liquid elements occurs for the horizontal and 30o-inclined surfaces, whereas the impinging droplet for the 60o-inclined surface doesn't break up and tends to recover the original spherical shape.
Water droplet erosion is one of major concerns in the design of modern large fossil steam turbines because it causes serious operational problems such as performance degradation and reduction of service life. A new erosion model has been developed in the present study for the prediction of water droplet erosion of rotor blades operated in wet steam conditions. The major four erosion parameter : impact velocity, impacting droplet flow rate, droplet size and hardness of target are involved in the model so that it can also be used for engineering purpose at the design stage of rotor blades. Comparison of the predicted erosion rate with the measured data obtained from the practical steam turbine operated for more than 90,000 hours shows good agreement.
In the present work, surface wetting effect on spread-splash regime and transition criterion of the water and ethanol droplets impacting an unheated dry wall has been experimentally investigated. The droplet was directed on a polished STS plate and a glass slide, and the impinging behavior was visualized and recorded using a CCD camera. Droplet diameter and velocity approaching the wall were measured as well. The critical Sommerfeld number representing the spread-splash boundary for the ethanol droplet impinging on the substrates turned out to be smaller compared to that for the water droplet impinging on the substrates with the surface roughness condition remained unchanged. The shift of the transition boundary is considered to be due to the effect of the surface wettability represented by static contact angle and surface tension of droplet.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.11
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pp.1597-1604
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2002
In this study, numerical investigation has been performed on the impingement, spreading and solidification of a coating material droplet impacting onto a solid substrate in the thermal spray process. The numerical model is validated through the comparison of the present numerical result with experimental data fer the flat substrate without surface defects. An analysis of deposition formation on the non-polished substrate with surface defects is also performed. The parametric study is conducted with various surface defect sizes and shapes to examine the effect of surface defects on the impact and solidification of the liquid droplet on the substrate.
In this study, numerical investigation has been performed on the spreading and solidification of a droplet impacting onto a solid substrate in the thermal spray process. The finite difference method with volume-of-fluid approach is used to analyze the free surface flow and the source-based enthalpy method is employed to model the latent heat release during the solidification. In this work, the numerical model is validated through the comparison of the present numerical result with experimental data available for the flat substrate.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.23
no.1
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pp.47-53
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1999
Small compression-ignition direct injection engines have been developed as a measure to improve a fuel efficiency and reduce harmful exhaust gases. Those small engines generally employ high injection pressure increase on the spray impacting on a wall is discussed in this paper. The gas phase is modelled by the Eulerian continuum conservation equations of mass momentum energy and fuel vapour fraction. The liquid phases is modelled following the discrete droplet model approach in Lagrangian form and the droplet wall interaction is modelled as a func-tion of the velocity normal to impaction lands. The droplet distributions vapor fractions and gas flows are analyzed in various injection pres-sure cases. The penetrations of wall spray and vapor increase and the Sauter mean diameter decreases with increasing injection pressure.
Mist cooling is widely employed as a cooling technique of high temperature surfaces, and it has heat transfer characteristics similar to boiling heat transfer which has the convection, nucleate and film boiling regions. In the present study, mist cooling heat transfer was experimentally investigated for the mist flow impacting on the heated surfaces of mico-fins. The mist flow was generated by supersonic vibration. Experiments were conducted under the test conditions of droplet flow rate, $Q=6.02{\times}10^{-9}{\sim}3.47{\times}10^{-8}\;m^3/s$ and liquid temperature, $T_f=30{\sim}35^{\circ}C$. From the experimental results, it is found that an increase in the droplet flow rate improves mist cooling heat transfer in the both case of smooth surface and surfaces of micro-fins. Micro-fins surfaces enhance the mist cooling heat transfer. Besides, the experimental results show that an increase in the droplet flow rate decrease the heat transfer efficiency of mist cooling.
The present study investigated experimentally the spreading characteristics of a single liquid impinging on the inclined micro-textured aluminum (Al 6061) surfaces manufactured by using a micro computerized numerical control (${\mu}$-CNC) milling machine. The textured surfaces were composed of patterned micro-holes (diameter of $125\;{\mu}m$ and depth of $125\;{\mu}m$). In our experiment, the de-ionized (DI) water droplet of $4.3\;{\mu}l$ was impinged normally on the non-textured and textured surfaces at two different Weber numbers, and the droplet impinged on the inclined surfaces with different angles. A high speed camera was used to capture sequential digital images for measurement of the maximum spreading distance. It was found that for the textured surface, the measured apparent equilibrium contact angle (ECA) increased up to $105.8^{\circ}$, higher than the measured ECA of $87.6^{\circ}$ for the non-textured (bare) surface. In addition, it is conjectured that the spreading distance decreased because of a liquid penetration during droplet spreading through the holes, the increase in hydrophobicity, and viscous dissipation during impact process.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.6
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pp.633-638
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2012
The maximum spreading is the maximum extent to which a drop can spread after impacting on a surface. It is one of the crucial factors determining the spraying performance in many applications. In this study, the existing maximum spreading models for a Newtonian liquid droplet impacting on a dry solid surface were reviewed and compared with the experimental results over the ranges of $4{\leq}Re{\leq}11700$, $23{\leq}We{\leq}786$, and $37.9^{\circ}{\leq}{\theta}_s{\leq}107.1^{\circ}$. The surface wettability was found to have only a minor influence on the maximum spreading, compared to the liquid viscosity and impact velocity. Among the models tested, the Roisman (2009) model showed the best agreement with the experimental results, matching 80% of the measured data within ${\pm}5%$.
We present an experimental investigation on emulsions created during the impact process between a surfactant-laden droplet and an oil layer on water. By varying the surfactant concentration and the viscosity of oil layer, we created emulsions and visualized them using multi-dimensional high-speed imaging. Our analysis shows that the emulsions are more likely to be unstable and decay within a minute if the impacting droplet contains more surfactant. We also found that there are three mechanisms of generation of emulsions depending on the concentration of surfactant and the viscosity of oil layer; the jet pinch-off, cavity pinch-off, and tearing of oil layer. Jet and cavity pinch-off turned out to be dominant mechanisms for high oil viscosities, while tearing of oil layer is dominant for low oil viscosities. Our result is potentially useful in designing optimal dispersant properties for offshore oil contamination.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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