دانلود ترجمه مقاله تاثیر همرفت مارانگونی بر دینامیک سیالات قطره های بالارونده

1. مقدمه 2. مدل ریاضیاتی و روش عددی 3. راه اندازی تجربی 4. نتایج 5. نتیجه گیری

چکیده – تاثیر همرفت مارانگونی محلولی بر دینامیک سیالات و انتقال جرم را بوسیله روش های تحلیلی نمی توان توصیف کرد که این بخاطر ماهیت ذاتاً سه بعدی، بسیار ناپایدار و غیرخطی می باشد. بنابراین، تلاشهای تجربی و – به میزان زیادی- عددی برای آشکار سازی پدیده های نهفته لازم هستند. این مقاله، شبیه سازی های عددی سه بعدی یک قطره نوسان کننده که در یک مایع محیطی راکد بالا می رود را با و بدون اثر مارانگونی القا شده بوسیله انتقال جرم مرز مشترکی یک محلول ، ارائه می دهد. برای شبیه سازی ها، یک کد CDFD براساس روش مجموعه سطح در نرم افزار منبع باز openFOAM پیاده سازی شد. آزمایشات تجربی در رژیم قطره نوسان کننده با سیستم تولوئن/استون/آب برای غلظت های اولیه مختلف ماده (که بیان کننده قدرت های مختلف همرفتی مارانگونی) هستند انجام شد تا داده ها جهت اعتبار سنجی نتایج عددی بدست آیند. مقایسات بین نتایج تجربی و شبیه سازی مربوط به سرعت، شکل و مسیر یک قطره بالارونده، همخوانی کیفی و کمیتی خوبی از خود نشان می دهند. این امر مبنایی برای مطالعات انتقال جرم جامع در قطره های شکل پذیر و نوسانی با پدیده های مرزی همزمان، مانند همرفت مارانگونی و جذب سورفکتند (فعال در سطح) در آینده، فراهم خواهد کرد. مقدمه: در فرآیندهای استخراج مایع-مایع، یک فاز معمولاً به صورت قطره های بالا رونده یا ته نشین کننده در یک فاز پیوسته پراکنده می شوند. بنابراین، طراحی فرآیندهای استخراج مایع-مایع اغلب براساس انتقال جرم و خواص دینامیک سیالات گروه های قطره می باشد. این خواص معمولاً از همبستگی های ابداع شده برای قطره های منفرد استخراج می شوند. در نتیجه، داشتن دانش تفصیلی از پدیده های انتقال جرم نهفته برای استخراج معنادار از نظر فیزیکی همبستگی ها بسیار مهم است. از این نظر، بنظر می رسد یک تحلیل عددی و تجربی ترکیبی یک رویکرد بسیار امیدوار کننده باشد. درحالی که شبیه سازی های عددی، دیدگاه عمیقی در مورد پدیده های انتقال و داده های محلی فراهم می کنند، اما از طریق آزمایش ها برای اعتبار سنجی مدل کافی نیستند. علاوه بر آن، مطالعات تجربی به عنوان مبنای اساسی برای توصیف فرآیند کلی استخراج باقی می مانند. بررسی های عددی و تجربی ترکیبی اخیر در مورد دینامیک سیالات قطره توسط برتاکیس و همکاران (2010) برای سیستم ان-بوتانول/آب ، توسط باوملر و همکاران (2011) برای سیستم ان-بوتیل استات/آب و توسط آیسورث و همکاران (2011، 2013) برای سیستم تولوئن/آب انجام شدند.

The impact of solutal Marangoni convection on fluid dynamics and mass transfer cannot be described by means of analytical methods, due to their inherently three-dimensional, highly unsteady and non-linear nature. Hence, experimental and – to an increasing degree – numerical efforts are needed to reveal the underlying phenomena. This paper presents three-dimensional numerical simulations of an oscillating single droplet rising in a quiescent ambient liquid, with and without the Marangoni effect induced by the interfacial mass transfer of a solute. For the simulations, a CFD code based on the level set method was implemented in the open-source software OpenFOAM. Experiments in the oscillating droplet regime have been carried out with the toluene/acetone/water system for different initial solute concentrations (reflecting different strengths of Marangoni convection) to obtain data for the validation of the numerical results. Comparisons between experimental and simulation results regarding the velocity, shape and trajectories of a rising droplet show a good qualitative and quantitative agreement. This will provide a basis for comprehensive mass transfer studies at deformable and oscillating droplets with simultaneous interfacial phenomena, such as Marangoni convection and surfactant adsorption, in the future. Introduction: In liquid—liquid extraction processes, one phase is usually dispersed as droplets rising or sedimenting in a continuous phase. Therefore, the design of liquid—liquid extraction processes is often based on mass transfer and fluid dynamic properties of droplet swarms. These properties are usually derived from correlations developed for single droplets. Consequently, a detailed knowledge of the underlying transport phenomena is essential for a physically meaningful derivation of correlations. In this respect, a combined numerical and experimental analysis seems to be a very promising approach. While numerical simulations provide an in-depth insight into transport phenomena and local data, thorough experiments are indispensable for model validation. Furthermore, experimental studies remain the primary basis for the description of the overall extraction process. Recent combined numerical and experimental investigations of droplet fluid dynamics were carried out by Bertakis et al. (2010) for the n-butanol/water system, by Balmier et al. (2011) for the n-butyl acetate/water system and by Eiswirth et al. (2011, 2013) for the toluene/water system.