Delikli katı yüzeylerde damlacık yayılma dinamiklerinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of droplet spreading dynamics on perforated solid surfaces
Yazar: DİLAY DURMAZ
Danışman: PROF. DR. SEBİHA YILDIZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Damlacık yayılması bilimsel açıdan önemli bir konudur ve endüstrideki uygulamalarda da önemli bir rol oynamaktadır. Katı yüzeyler üzerindeki damlacık yayılmasını anlamlandıran en önemli parametre maksimum yayılma faktörüdür. Bu faktörü tahmin etmeye yönelik birçok çalışma yapılmış ve ampirik veya enerji modelleri ile sonuçlandırılmıştır. Ampirik modeller akışkan özelliklerine bağlı We, Re ve Oh boyutsuz sayılarıyla ilişkili ve yüzey ıslanabilirliğini ihmal ederken; enerji modellerinin temel prensibi damlacığın katı yüzeye çarpmadan önceki kinetik enerjisi ve yüzey enerjisinin toplamının çarpmadan sonraki kinetik enerjisi, yüzey enerjisi ve viskoz dağılımının toplamına eşit olduğunu kabul eden enerji korunumu yasasıdır.
Bu çalışmada, su baz alınarak farklı konsantrasyonlara sahip gliserol-su karışımları (%0,30,40,50,60,70) kullanılmış ve viskozitenin fonksiyonu olarak damlacık yayılması incelenmiştir. Toplam 3 farklı katı yüzey kullanılmıştır; bunlar düz yüzey, femto lazer ile işlenen ve derinlikleri farklı 2 adet patlatılmamış deliklere sahip olan yüzeylerdir. Çalışma, Re sayısı 144-6094 arasında; We sayısı da 54-230 arasında gerçekleştirilmiştir.
Farklı viskozitelere sahip gliserol-su karışımlarının, farklı düşme mesafesi ile çeşitli yüzeyler üzerindeki yayılma hareketi yüksek hızlı kamera ile 324 veri kaydedilip incelenmiştir. Deneyler sonucu elde edilen maksimum yayılma faktörleri literatürdeki enerji modelleri ile karşılaştırılmıştır. Damlacıkların delikli yüzeylerdeki yayılma davranışı için regresyon analizi ile ampirik model geliştirilmiştir.

Abstract:
Droplet spreading is a scientifically significant topic with practical applications in various industries. One crucial parameter in understanding droplet spreading on solid surfaces is the maximum spreading factor. Numerous studies have been conducted to predict this factor, resulting in empirical or energy models. Empirical models relate to dimensionless numbers like We, Re, and Oh neglecting surface wettability. On the other hand, energy models are based on the fundamental principle of energy conservation which assumes that the sum of the kinetic energy and surface energy of the droplet before impact on the solid surface is equal to the sum of the kinetic energy, surface energy and viscous dissipation after impact. 
The research investigates droplet spreading as a function of viscosity using glycerol-water mixtures with different concentrations based on water (0,30,40,50,60,70 %). Three different solid surfaces were used: a flat surface, a femto laser treated surface and a surface with 2 unexploded holes of different depths. The study was conducted with Reynolds numbers (Re) ranging from 144 to 6094 and Weber numbers (We) ranging from 54 to 230.
The spreading behavior of glycerol-water mixtures with different viscosities was recorded and analyzed using a high-speed camera, resulting in 324 data points over various surfaces and drop heights. The maximum spreading factors obtained from the experiments were compared with energy models in the literature. A regression analysis was conducted to derive an empirical model for the spreading behavior of droplets on perforated surfaces.