تبخر قطرات الماء المالح هو نوع من الظواهر الفيزيائية والكيميائية الأساسية ، ولها تطبيقات رئيسية في فصل التكنولوجيا ، وتحلية مياه البحر ، هندسة البلورات ، وهلم جرا . في عملية التبخر ، تدفق معقدة تتشكل في قطرات السائل ، الذي يحدد التوزيع النهائي و شكل بلوري من المواد الذائبة . هناك نوعان من الآليات الرئيسية التي تتحكم في تدفق قطرات : ريليه الحمل الحراري مدفوعة من قبل الفرق في الكثافة و تأثير مارانجوني مدفوعة من قبل التوتر السطحي التدرج . ومع ذلك ، في مختلف الظروف الحرارية واجهة ، والتفاعل بين هاتين الآليتين و المهيمن على التحول لا تزال تفتقر إلى منهجية البحث الكمي . ولذلك ، من المهم جدا أن نفهم بعمق هذه الآليات الداخلية من أجل تحقيق دقة السيطرة على شكل بلوري الترسيب .

مؤخراوقال قاو هونغ جيانغ xiaobin فريق من الأستاذ في الدولة الرئيسية مختبر المواد الكيميائية غرامة ، مركز العلوم المتقدمة من المواد الذكية ، وداليان جامعة التكنولوجياالمجلة الدولية للصناعات الكيماويةعلوم الهندسة الكيميائيةنشر في العنوان"تحولات التدفق في تبخير قطرات الملح: التفاعل بين تحريك رايلي وآثار مارانغوني"ورقة بحثية .

من خلال الجمع بين تجربة منهجية مع ديناميكا السوائل الحسابية ( CFD ) المحاكاة ، آلية التداول الداخلي في عملية التبخر من قطرات الماء المالح هو بحث عميق في مختلف الهندسة و الظروف الحرارية . هذه الدراسة تكشف عن أنماط مختلفة من التداول التي تسيطر عليها ريليه الحمل الحراري و تأثير مارانجوني التفاعل .من بينها ، فريق البحث يستخدم تقنية الطباعة الحجرية المجسمة الصغيرة ( ع ® S140 Pro， دقة : 10 ميكرون ) 3D نظام الطباعة لإعداد المنهاج الصغير قطرات .

وتظهر النتائج أنه في درجة حرارة الغرفة ، الداخلية قطرات مدفوعة أساسا من قبل ريليه الحراري ، وحجم زاوية الاتصال يحدد الشكل النهائي من الودائع : إيداع هامشية تشكلت في أقل من 90 درجة ، في حين أن مركز إيداع تشكلت في أكثر من 90 درجة . من خلال التحكم في درجة الحرارة بدقة ، تغيير جذري في نمط تدفق الداخلية قد تحقق . واحدة من النتائج الرئيسية هي أنه عندما يتجاوز الفرق في درجة الحرارة عتبة معينة ، تأثير حراري يمكن أن تطغى رايليغ الحراري ، مما يؤدي إلى عكس نمط التدفق . وبالإضافة إلى ذلك ، فإن معامل انتقال الحرارة من واجهة الصلبة والسائلة كما ثبت أن المعلمة الرئيسية في السيطرة على تدفق آلية . ومع ذلك ، في نطاق 100-1000 ث / م 2 · ك ، تأثير حراري هو المهيمن . في نهاية المطاف ، مرحلة متكاملة على أساس الرسم البياني أبعاد عدد ريليه ( RA ) و عدد مارانجوني ( MA ) هي التي شيدت في هذا العمل ، الذي يوفر أداة قوية الكمية للتنبؤ والتحكم في الانتقال من حالة تدفق تحت مختلف ظروف التبخر ، وبالتالي إرساء الأساس النظري لتحقيق دقة السيطرة على التشكل من خلال واجهة التحكم الحراري .

من أجل ضمان دقة المحاكاة ، قام فريق البحث ببناء نظام التمثيل المتزامن بما في ذلك التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء والبصرية ( الشكل 1 ) ، والتحقق من الفروقات النموذج . كما هو مبين في الشكل 2 ، نتائج المحاكاة تتفق تماما مع البيانات التجريبية في بعض المعالم الرئيسية ، مثل قطرات التطور الهندسي ، واجهة توزيع درجة الحرارة الداخلية تدفق الحقل .

وتظهر النتائج أن زاوية الاتصال من قطرات السائل هو عامل رئيسي في تحديد نمط تدفق الرواسب النهائية شكل ( الشكل 3 ) . عندما زاوية الاتصال هو أقل من 90 درجة ، أقصى معدل التبخر يحدث في ثلاث مراحل خط الاتصال ، مما أدى إلى تدفق عقارب الساعة التي تسيطر عليها رايليغ الحمل الحراري المذاب مارانجوني تأثير ، وأخيرا تشكيل " قهوة " مثل الودائع . ومع ذلك ، عندما زاوية الاتصال أكبر من 90 درجة ، معدل التبخر ينتقل إلى قمة القطرة ، مما يؤدي إلى تدفق مزدوج في اتجاه عقارب الساعة في الجزء العلوي و عكس اتجاه عقارب الساعة في الجزء السفلي .

نصف قطر الاتصال قطرات السائل يؤثر أيضا على عملية التبلور ( الشكل 4 ) . وجد أن كثافة التدرج مدفوعا تأثير الطفو هو تعزيز مع زيادة الاتصال قطرها 120 درجة زاوية الاتصال . أطول دورة المسار يوفر ما يكفي من الوقت لاستيعاب المذاب في النواة ، مما يساعد على تشكيل بلورات أكبر حجما .

يمكن التحكم في التدفق الداخلي بنشاط من خلال تنظيم شروط الحدود الحرارية ( الشكل 5 ) . وتظهر النتائج أن واجهة معامل انتقال الحرارة ( ح ) هو المفتاح لتحديد نمط تدفق ، وانخفاض معامل انتقال الحرارة ( ح < 10 ث / م 2 · ك ) يساعد على الحفاظ على تدفق في اتجاه عقارب الساعة التي تهيمن عليها رايليغ الحراري . عندما معامل انتقال الحرارة إلى 100-1000 ث / م 2 · ك ، الفرق في درجة الحرارة الناجمة عن الركيزة التدفئة كافية للتغلب على تأثير الحرارية مارانجوني ، عكس اتجاه عقارب الساعة نمط التدفق .

في ظل ظروف التدفئة ، تدفق الداخلية سوف تمر بمرحلة انتقالية من رايلي إلى مارانجوني ( الشكل 6 ) . في هذه الدراسة ، الفرق في درجة الحرارة الحرجة من هذا التحول هو كميا بدقة ، والتي هي 0.94 ك 120 درجة زاوية الاتصال قطرات السائل ، في حين أن 60 درجة زاوية الاتصال قطرات السائل ، وارتفاع الفرق في درجة الحرارة ( 1.34 ك ) مطلوب عكس بسبب أقوى المذاب مارانجوني تأثير . هذا الاستنتاج يمكن أن توفر التوجيه الكمي لتنظيم تدفق الداخلية بدقة من خلال درجة الحرارة .

من أجل التنبؤ بحالة التدفق في ظل ظروف مختلفة بشكل منتظم ، فريق البحث يبني مرحلة تدفق الرسم البياني ( الشكل 7 ) على أساس أبعاد عدد ريليه ( RA ) و عدد مارانجوني ( MA ) . هذه المرحلة المخططات بوضوح تقسيم رايليغ المهيمنة ( الوردي ) ، marangoni المهيمنة ( الأزرق ) ، والانتقال من المناطق المتدفقة من خلال التفاعل بينهما . كما هو مبين في الشكل 8 ، الحدود الانتقالية بين مختلف الدول تدفق يمكن وصفها بدقة من قبل السلطة القانون ، الذي يوفر أداة قوية لمراقبة تدفق قطرات .

المنافسة والتآزر بين ريليه الحمل الحراري و marangoni تأثير في تبخر قطرات من محلول ملحي تم الكشف عنها بصورة منهجية . وقد وجد أن قطرات الهندسة الحرارية شروط الحدود لها تأثير حاسم على التداول الداخلي و النهائي بلورة أنماط .العلاقة بين أنماط تدفق الرواسب التشكل في مختلف زوايا الاتصال تم التحقيق فيها ، على سبيل المثال ، " القهوة " على شكل ودائع تشكلت في أقل من 90 درجة ، في حين أن الودائع المركزية تشكلت في أكثر من 90 درجة . وبالإضافة إلى ذلك ، فإن السيطرة على تأثير الظروف الحرارية على تدفق نمط كميا ، و الفرق في درجة الحرارة الحرجة و معامل انتقال الحرارة السطحي مجموعة من أجل تحقيق هيمنة تأثير الحرارية مارانجوني مصممون . في نهاية المطاف ، را ما مخطط الطور يوفر أداة موثوق بها من أجل التنبؤ نموذج دورة تحت مختلف الظروف الحرارية والهندسية . هذه النتائج توفر الأساس النظري لتحسين عملية التبخر والتبلور من خلال التحكم بدقة واجهة الظروف ، ولها تطبيقات محتملة في مجالات مثل بلورة البروتين ، microreactor الكيميائية والبيولوجية تحليل منصة .