مدل تئوري تبخير قطره ليدن فراست براي محاسبه ارتفاع لايه بخار زير قطره

A Theoretical Model for Evaporation of Leidenfrost dro‎p for Prediction of Vapor Layer Thickness under the dro‎p

در اين مقاله با حل معادلات پيوستگي، بقاي مومنتوم و انرژي مدلي براي تبخير قطره ليدن فراست ارايه شده است. مدل تبخير قطره يك دستگاه چهارمعادله اي است كه با حل اين معادلات، ارتفاع لايه بخار زير قطره، شدت تبخير قطره از سطح پاييني، حجم قطره حين تبخير و توزيع دما در لايه بخار محاسبه مي شود. اين دستگاه معادله به روش پيش بيني، تصحيح و با استفاده از كد فرترن حل مي شود. مجهول اصلي اين دستگاه معادله، ارتفاع لايه بخار است كه در هر مرحله از شبيه سازي پيش بيني شده و با شرط تعادل نيروهاي وارد بر قطره تصحيح مي شود. در اين مطالعه پروفيل سطح بالايي قطره كه در تماس با هوا بوده و سطح پاييني قطره كه در تماس با لايه بخار است با حل معادله يانگ- لاپلاس با دقت بالايي محاسبه مي شوند. نتايج مدل تئوري ارايه شده با نتايج تجربي موجود در منابع تجربي مقايسه شده و توافق بسيار خوبي به دست آمده است.

In this paper, a theoretical model is proposed for Leidenfrost droplet evaporation by solving the mass, momentum, and energy conservation equations. This model involves a set of four equations, of which the values of vapor layer thickness, evaporation rate on the lower surface of the drop, the volume of evaporating droplet, and temperature distribution in vapor layer are obtained. This set of equation is solved with Fortran code by the predictor-corrector method. The main unknown value in these equations is the vapor layer thickness, which is predicted in every step of simulation and corrected by the balance of forces that act on the drop. In this study, the upper surface of the drop, where contacts with air and the lower surface of droplet, where contacts with the vapor layer are predicted with high accuracy by solving the Young- Laplace equation. The vapor layer thickness obtained from the proposed model is compared with experimental data and encouraging agreement is observed.