شبيه‌سازي عددي تغييرشكل و تجزيه قطره در ميدان الكتريكي

Numerical Simulation of dro‎p Deformation and Breakup in an Electric Field

قطره‌ي مايع معلق در يك سيال ديگر در بسياري از فرآيندهاي طبيعي رخ مي‌دهد. به كارگيري ميدان الكتريكي چشم اندازي نويد بخشي را براي كنترل حركت، تغيير شكل، تجزيه و هدايت قطره فراهم مي‌كند. تحقيق حاضر به شبيه سازيِ پاسخ ديناميكي قطره‌اي معلق در سيالي ديگر، واقع در فضاي ميانِ دو الكترودِ رساناي داراي اختلاف پتانسيل الكتريكي مي‌پردازد. در اين راستا تاثير پتانسيل الكتريكي، هدايت الكتريكي و گذردهي نسبي مورد بررسي قرار گرفته است. مطابق نتايج، افزايش پتانسيل الكتريكي و نسبت هدايت الكتريكي روندي افزايشي را براي تغيير شكل قطره به دنبال دارند، در حالي كه افزايش گذردهي نسبي روندي كاهشي-افزايشي را براي تغيير شكل قطره به نمايش مي‌گذارد. بررسي الگوي جريان سيال در داخل قطره نشان مي‌دهد كه قرارگيري قطره در ميدان الكتريكيِ خارجي ضمن ايجاد قطبيت الكتريكي در قطره موجب القاي ميداني الكتريكي در داخل آن مي‌شود كه به پيدايش گردابه هايي در درون قطره منتهي مي‌شود. بزرگي يا كوچكي هدايت الكتريكي و گذردهي الكتريكي نسبت به يكديگر كاملا بر ناحيه‌ي تجمع بارهاي الكتريكي در سطح قطره تاثير مي‌گذارند كه اين تعيين كننده‌ي جهت چرخش گردابه‌هاي دروني قطره مي‌باشد. افزايش پتانسيل الكتريكي و به تبع آن تقويت شدت ميدان الكتريكي با افزايش تجمع بار الكتريكي در سطح قطره زمينه‌ي تغيير شكل قطره و سپس تجزيه و شكست آن را فراهم مي‌سازد. در اين حالت قطبيدگي الكتريكي ضمن ايجاد كشيدگي در قطره باعث خروج جت و ساطع شدن ريز قطراتي از آن مي‌شود كه استمرار اين فرآيند با تقليل جرم در هسته ي قطره اصلي به استهلاك نهايي قطره منجر مي‌شود.

Liquid drop suspension in another fluid occurs in many natural processes. Applying electric field has shown a promising outlook for the control of motion, deformation, breakup and guidance of the drops. In this study, the dynamic response of a liquid drop suspended in another fluid across two conducting electrodes held at different electrical potentials has been simulated. In this regard, the effects of electric potential, electrical conductivity and relative permittivity have been studied. According to results, an increase in electric potential and conductivity leads to increasing trend in drop deformation whereas this trend converts into an ascending-descending pattern due to increase in electrical permittivity. An insight into the flow patterns inside and outside the drop shows that the positioning of a liquid drop in an external electric field in addition to drop polarization results in an electric field induced within the drop which causes the creation of vortices inside the drop. Magnitude of electrical conductivity and permittivity factors compared to each other apparently affect the accumulation area of electrical charges on the drop surface which in turn determines the circulating direction of vortices within the drop. Increasing electric field intensity due to an increase in electrical potential or change in magnitude of other physical properties would fortify the electric charge on the drop surface escalating drop deformation towards drop breakup. In this condition, the electrical polarization in addition to drop prolation causes jet exit from which a continuous line of droplets is emerged until the total dissipation of the drop.