DYNAMICS OF WATER DROPLET SPINNING AND ROLLING ON INCLINED SUPERHYDROPHOBIC WEDGED CHANNEL

DYNAMICS OF WATER DROPLET SPINNING AND ROLLING ON INCLINED SUPERHYDROPHOBIC WEDGED CHANNEL. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
MS_Thesis_Mubarak.pdf
Restricted to Repository staff only until 6 July 2021.

Download (5MB)

Arabic Abstract

يعاني معظم أجهزة حصاد الطاقة الشمسية من تأثيرات بيئية. يتسبب هذا في تدهور أداء الجهاز مع تقدم الوقت ويصبح حرجًا بشكل خاص للألواح الكهروضوئية مثل أن النفاذية البصرية للغطاء العلوي تقلل من تراكم الغبار البيئي. يخضع الإشعاع الشمسي الذي يمر عبر أسطح شفافة متربة للانعكاس المنتشر والانكسار والامتصاص اعتمادًا كبيرًا على الأحجام والتوزيع المحلي لطبقة الغبار. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح الرطوبة العالية في الهواء بإذابة مركبات الغبار على جزيئات الغبار. يؤدي الخليط الناتج من الغبار والمكثفات إلى تكوين غشاء نشط كيميائيًا يغير نفاذية السطح إلى الطيف الكهرومغناطيسي الشمسي. وبالتالي ، فإن إزالة الغبار قبل تكوين طبقة التكثيف على الأسطح تصبح مهمة. في تطبيق التنظيف الذاتي لإزالة الغبار من السطح ، تلعب ديناميكية القطرة على سطح خاروف مائل دورًا حاسمًا. في هذه الدراسة ، تم تطوير تقنيات الغمر بالطلاء والمحلول لتلطيف الزجاج وأسطح البولي. يتم فحص حركات التدحرج والغزل لقطرة الماء على أسطح الوتد المائلة المكونة من لوحين مسعورين مع حالات ترطيب مسعور مختلفة تتضمن ثلاث طرق ، وهي النهج التحليلي والتجريبي والعددي. يوفر الأسلوب التحليلي منصة لوضع التصميم التجريبي واختيار المعلمات التجريبية. يتم دراسة تغير السرعة والضغط في سائل القطيرات وديناميكيات خط الاتصال التي تتحكم في قدرة الغبار على تنظيف قطرات الماء من خلال رمز رقمي. يتم التحقق من صحة كل من النماذج التحليلية والعددية مع البيانات التجريبية. تم تحليل النتائج بناءً على السرعات الدوارة والغزل والسرعة الانتقالية للقطرة على المستوى المائل. من مؤامرة منطقة بلا أبعاد ، يتم تقليل قدرة تنظيف الغبار من قطرات الماء دون الدوران إلى حوالي 87٪ حيث تتدحرج القطرات فقط على سطح مترب. ويرجع ذلك إلى مسار الأنماط الشبيهة بالتخطيطات في مسار القطيرات ، والتي تنتج عن تذبذب طبيعة القطيرات المتدحرجة. ومع ذلك ، فإن غزل القطرات الدوارة قد قلل إلى حد كبير من هذه الأنماط الشبيهة بالخط في مسار القطرات وتحسين قدرة تنظيف الغبار بشكل كبير بنسبة 98 ٪

English Abstract

Performance of most solar energy harvesting devices suffers from environmental effects. This causes deterioration of device performance with progressing time and it becomes particularly critical for photovoltaic panels such that the optical transmittance of top cover reduces by the accumulation of environmental dusts. The solar radiation passing through dusty transparent surfaces undergoes diffused reflection, refraction, and absorption depending largely on sizes and local distribution of dust layer. In addition, high humidity in air allows dissolution of dust compounds on dust particles. The resulting mixture of dust and condensate leads to formation of chemically active film that alters transmittance of the surface to solar electromagnetic spectrum. Hence, removal of dust before condensate film formation on surfaces becomes important. In self-cleaning application for dust removal from surface, the dynamic of droplet on an inclined superhydrophobic surface plays a crucial role. In this study, a coating and solution immersion techniques are developed to hydrophobize glass and polycarbonate surfaces. The rolling and spinning motions of a water droplet on inclined wedge surfaces formed from two hydrophobic plates with different hydrophobic wetting states are examined incorporating three approaches, namely, analytical, experimental and numerical approaches. Analytical method provides a platform for setting the experimental design and selection of experimental parameters. Velocity and pressure variation in droplet fluid and the contact line dynamics that govern the dust cleaning ability of water droplet are studied via a numerical code. Both analytical and numerical models are validated with the experimental data. The results are analyzed based on rolling and spinning angular velocities as well as translational velocity of droplet on the inclined plane. From the dimensionless area plot, dust cleaning ability of water droplet without spinning is reduced to about 87% as droplet only rolls on dusty surface. This is due to striation-like patterns path in droplet path, which are caused by wobbling nature of rolling droplet. However, spinning of rolling droplet has greatly minimized such striation-like patterns in droplet path and improve dust cleaning ability considerably by 98%.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Mechanical
Department: College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor: Bekir Sami, Yilbas
Committee Members: Ahmet Ziyaettin, Sahin and Al-Sharafi, Abdullah
Depositing User: MUBARAK YAKUBU (g201705190)
Date Deposited: 07 Jul 2020 10:21
Last Modified: 07 Jul 2020 10:21
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141657