Modeling of Droplet Interactions

Sprays in praktischen Anwendungen bestehen aus vielen Troepfchen. Das Verhalten eines Troepfchens haengt stark von den benachbarten Troepfchen ab, wenn der Abstand zwischen beiden in der Groessenordnung des Troepfchendurchmessers liegt. In Spray-Berechnungen wird die Interaktion zwischen Troepfchen waehrend Aufheizung, Verdampfung, Zuendung und Verbrennung normalerweise vernachlaessigt. Diese Annaeherung ist unzureichend, da benachbarte Troepfchen sowohl eine Energiesenke als auch eine Brennstoffquelle fuer das umgebende Gas darstellen. Numerische Untersuchungen von Troepfchenwechselwirkungen wurden bisher meist in einer zweidimensionalen axialsymmetrischen Konfiguration durchgefuehrt. Diese Konfiguration vernachlaessigt die Tatsache, dass hydrodynamische Wechselwirkungen meist dreidimensionaler Natur sind. Ausserdem haben numerische Untersuchungen in der Vergangenheit viele wichtige Eigenschaften wie die Abbremsung der Troepfchen sowie Zirkulationen innerhalb der Troepfchen vernachlaessigt. In einigen Faellen wurden grundlegende Details des numerischen Loesungverfahrens wie die Berechnung der korrekten Gleichungen fuer bewegte Gitter nicht beachtet. Es wurde eine numerische Methode entwickelt, um die Wechselwirkungen zwischen Troepfchen waehrend der Zuendung in drei Dimensionen zu untersuchen. Dabei wurden hydrodynamische Wechselwirkungen, Zirkulationen innerhalb der Troepfchen, Abbremsung durch das umgebende Gas, detaillierte Chemie, sowie weitere zuaestzliche Bedingungen des numerischen Loesungsverfahrens beruecksichtigt. Die Einzelheiten fuer die Beruecksichtigung der korrekten Gleichungen fuer bewegte Gitter wurden erlaeutert. Ein modifiziertes Mehrgitterverfahren wurde fuer die Berechnung der Verdampfung der Troepfchen angewandt. Nachdem sichergestellt wurde, dass das Programm die Interaktion zwischen Troepfchen zuverlaessig simuliert, wurden diese Effekte fuer ein einzelnes Ethanol-Troepfchen und fuer zwei gleich grosse Ethanol-Troepfchen in Tandem-Konfiguration durch numerische Simulation untersucht. Die berechnete Zuendverzoegerung fuer wechselwirkende Troepfchen stimmt gut mit den experimentellen Daten ueberein

‘Gobbling drops’: the jetting–dripping transition in flows of polymer solutions

This paper discusses the breakup of capillary jets of dilute polymer solutions and the dynamics associated with the transition from dripping to jetting. High-speed digital video imaging reveals a new scenario of transition and breakup via periodic growth and detachment of large terminal drops. The underlying mechanism is discussed and a basic theory for the mechanism of breakup is also presented. The dynamics of the terminal drop growth and trajectory prove to be governed primarily by mass and momentum balances involving capillary, gravity and inertial forces, whilst the drop detachment event is controlled by the kinetics of the thinning process in the viscoelastic ligaments that connect the drops. This thinning process of the ligaments that are subjected to a constant axial force is driven by surface tension and resisted by the viscoelasticity of the dissolved polymeric molecules. Analysis of this transition provides a new experimental method to probe the rheological properties of solutions when minute concentrations of macromolecules have been added.Schlumberger FoundationMIT Class of 1951 Fellowship Fun