بررسی تجربی تغییر شکل قطره هسته-پوسته در حضور میدان الکتریکی ولتاژ بالا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در پژوهش حاضر، تغییر شکل قطره­ی هسته-پوسته تحت تاثیر میدان الکتریکی ولتاژ بالا مورد بررسی قرار گرفته است. برای تولید این نوع قطره از دو نازل هم محور استفاده شده است. سیالات به کار رفته در این پژوهش روغن ترانسفورمر  و آب مقطر به ترتیب به عنوان پوسته و هسته می­باشند. برای تولید میدان الکتریکی نیز از دو صفحه­ی مسی موازی متصل به دستگاه تولید کننده­ی اختلاف پتانسیل بالا استفاده شده است. با افزایش اختلاف پتانسیل الکتریکی و در نتیجه افزایش شدت میدان الکتریکی، زاویه­ی انحراف قطره افزایش پیدا می­کند. در اختلاف پتانسیل الکتریکی بیش از 8 کیلو ولت، هسته تحت تاثیر میدان الکتریکی دچار شکست شده و تغییر شکل متفاوتی خواهد داشت. بعد از جدایش قطره درونی از قطره بیرونی، قطره بیرونی تحت نیروهای کشش سطحی و اینرسی شروع به بازگشت به شکل کروی می کند. قطره هسته-پوسته به علت سرعت اولیه به سمت الکترود مثبت، تمایل به حرکت در این جهت دارد. اما مقدار باقی مانده در داخل قطعه بیرونی به سمت مخالف حرکت می کند. در نهایت، قطعه بیرونی دوباره دچار تغییر شکل شده و کشیده می­شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Mei F., & Chen D. R., Investigation of compound jet electrospray : Particle encapsulation. Physics of Fluids, Vol. 19, No. 10, 103303, 2007.
[2]    Chen H., Zhao Y., Song Y., & Jiang L., One-step multicomponent encapsulation by compound-fluidic electrospray. Journal of the American Chemical Society, Vol. 130, No. 25, pp. 7800-7801, 2008.
[3]    Cheng X., Liu R., & He Y., A simple method for the preparation of monodisperse protein-loaded microspheres with high encapsulation efficiencies. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, Vol. 76, No. 3, pp. 336-341, 2010.
[4]    Sadhal S. S., Ayyaswamy P. S., & Chung J. N., Transport phenomena with drops and bubbles. Springer-Verlag New York, 1996.
[5]    Johnson R. E., & Sadhal S. S., Fluid mechanics of compound multiphase drops and bubbles. Annual review of fluid mechanics. Vol. 17, No. 1, pp. 289–320, 1985.
[6]    Rushton E., & Davies G. A., Settling of encapsulated droplets at low Reynolds numbers. International Journal of Multiphase Flow. Vol. 9, No. 3, pp. 337-342, 1983.
[7]    Brunn P. O., & Roden T., On the deformation and drag of a type-A multiple drop at low Reynolds number. Journal of Fluid Mechanics, Vol. 160, pp. 211-234, 1985.
[8]    Stone H. A., & Leal L. G., Breakup of concentric double emulsion droplets in linear flows. Journal of Fluid Mechanics, Vol. 211, pp. 123-156, 1990.
[9]    Gouz H. N., & Sadhal S. S., Fluid dynamics and stability analysis of a compound droplet in an electric field. The Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics, Vol. 42, No. 1, pp. 65-83, 1989.
[10]  Tsukada T., Mayama J., Sato M., & Hozawa M., Theoretical and experimental studies on the behavior of a compound drop under a uniform DC electric field. Journal of chemical engineering of Japan, Vol. 30, No. 2, pp. 215-222, 1997.
[11]  Torza S., & Mason S. G., Three-phase interactions in shear and electrical fields. Journal of colloid and interface science, Vol. 33, No. 1, pp. 67-83, 1970.
[12]  Soni P., Juvekar V. A., & Naik V. M., Investigation on dynamics of double emulsion droplet in a uniform electric field. Journal of Electrostatics, Vol. 71, No. 3, pp. 471-477, 2013.
[13]  Behjatian A., & Esmaeeli A., lectrohydrodynamics of a compound drop. Physical Review E, Vol. 88, No. 3, pp. 033012, 2013.
[14]  Behjatian A., & Esmaeeli, A., Transient electrohydrodynamics of compound drops. Acta Mechanica, Vol. 226, No. 8, pp. 2581-2606, 2015.
[15]  Abbasi M. S., Song R., Kim J., & Lee J., Electro-hydrodynamic behavior and interface instability of double emulsion droplets under high electric field. Journal of Electrostatics, Vol. 85, pp. 11-22, 2017.
[16]  Khorshidi, B., Jalaal, M., Esmaeilzadeh, E., & Mohammadi, F., Characteristics of deformation and electrical charging of large water drops immersed in an insulating liquid on the electrode surface. Journal of colloid and interface science, vol. 352, no. 1, pp. 211–220, 2010.
[17]  Sadeghi H. M., Sadri B., Kazemi M. A., & Jafari M., Coalescence of charged droplets in outer fluids. Journal of colloid and interface science, Vol. 532, pp. 363-374, 2018.
[18]  Hokmabad B. V., Sadri B., Charan M. R., & Esmaeilzadeh E., An experimental investigation on hydrodynamics of charged water droplets in dielectric liquid medium in the presence of electric field. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 401, pp. 17-28, 2012.
[19]  Andalib S., Hokmabad B. V., & Esmaeilzadeh E., Study of a single coarse bubble behavior in the presence of DC electric field. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 436, pp. 604-617, 2013.