Dynamics of droplet coalescence on a vibrating vertical surface
Coalescence de gouttes sur plate verticale en vibration
Résumé
A mass-spring-damper theoretical model with a phenomenological equation is established to clarify the underlying physics of the dynamics of droplets on a vertical surface driven by vibration. It is found experimentally and theoretically that the phase shift between droplet and plate appears and peaks at a lower frequency for a larger droplet. At a certain frequency, two droplets could move in the opposite direction. Based on the phase shift mechanism, we propose a strategy aimed at promoting droplet coalescence. Compared to the necessity of precise control of frequency for resonance-induced events, the strategy accepts a higher tolerance for frequency, at which opposite-motion-induced droplet coalescence could occur. The optimal frequency where there is a maximum phase shift between two droplets is derived, and a large-bandwidth frequency range, which allows at least 90% maximum phase shift, is defined. The good agreement between the experimental and theoretical results collectively shows that the motion of the larger droplet is in the opposite direction to that of the smaller one only at large-bandwidth frequency range and the two droplets coalesce with high enough amplitude. Our findings are helpful for the utilization of vibrating surfaces for droplet removal.
Un modèle théorique masse-ressort-amortisseur avec une équation phénoménologique est établi pour clarifier la physique sous-jacente de la dynamique des gouttelettes sur une surface verticale soumise à des vibrations. On constate expérimentalement et théoriquement que le déphasage entre la gouttelette et la plaque apparaît et culmine à une fréquence plus basse pour une gouttelette plus grande. À une certaine fréquence, deux gouttelettes peuvent se déplacer dans la direction opposée. Sur la base du mécanisme de déphasage, nous proposons une stratégie visant à favoriser la coalescence des gouttelettes. Par rapport à la nécessité d'un contrôle précis de la fréquence pour les événements induits par la résonance, la stratégie accepte une tolérance plus élevée pour la fréquence à laquelle la coalescence des gouttelettes induite par le mouvement opposé pourrait se produire. La fréquence optimale à laquelle le déphasage entre deux gouttelettes est maximal est obtenue analytiquement, et une gamme de fréquences à large bande, qui permet un déphasage maximal d'au moins 90 %, est définie. La bonne concordance entre les résultats expérimentaux et théoriques montre collectivement que le mouvement de la plus grosse gouttelette se fait dans la direction opposée à celui de la plus petite uniquement dans la plage de fréquences à large bande et que les deux gouttelettes coalescent avec une amplitude suffisamment élevée. Nos résultats sont utiles pour l'utilisation de surfaces vibrantes pour l'élimination des gouttelettes.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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