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Breakup dynamics of capillary bridges on hydrophobic stripes

Hartmann, M. ; Fricke, M. ; Weimar, L. ; Gründing, D. ; Marić, T. ; Bothe, D. ; Hardt, S. (2021)
Breakup dynamics of capillary bridges on hydrophobic stripes.
In: International Journal of Multiphase Flow, 140
doi: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2021.103582
Artikel, Bibliographie

Kurzbeschreibung (Abstract)

The breakup dynamics of a capillary bridge on a hydrophobic stripe between two hydrophilic stripes is studied experimentally and numerically using direct numerical simulations. The capillary bridge is formed from an evaporating water droplet wetting three neighboring stripes of a chemically patterned surface. By considering the breakup process in a phase space representation, the breakup dynamics can be evaluated without the uncertainty in determining the precise breakup time. The simulations are based on the Volume-of-Fluid (VOF) method implemented in Free Surface 3D (FS3D). In order to construct physically realistic initial data for the VOF simulation, Surface Evolver is employed to calculate an initial configuration consistent with experiments. Numerical instabilities at the contact line are reduced by a novel discretization of the Navier-slip boundary condition on staggered grids. The breakup of the capillary bridge cannot be characterized by a unique scaling relationship. Instead, at different stages of the breakup process different scaling exponents apply, and the structure of the bridge undergoes a qualitative change. In the final stage of breakup, the capillary bridge forms a liquid thread that breaks up consistently with the Rayleigh-Plateau instability.

Typ des Eintrags: Artikel
Erschienen: 2021
Autor(en): Hartmann, M. ; Fricke, M. ; Weimar, L. ; Gründing, D. ; Marić, T. ; Bothe, D. ; Hardt, S.
Art des Eintrags: Bibliographie
Titel: Breakup dynamics of capillary bridges on hydrophobic stripes
Sprache: Englisch
Publikationsjahr: 1 Juli 2021
Verlag: Elsevier Science
Titel der Zeitschrift, Zeitung oder Schriftenreihe: International Journal of Multiphase Flow
Jahrgang/Volume einer Zeitschrift: 140
DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2021.103582
Kurzbeschreibung (Abstract):

The breakup dynamics of a capillary bridge on a hydrophobic stripe between two hydrophilic stripes is studied experimentally and numerically using direct numerical simulations. The capillary bridge is formed from an evaporating water droplet wetting three neighboring stripes of a chemically patterned surface. By considering the breakup process in a phase space representation, the breakup dynamics can be evaluated without the uncertainty in determining the precise breakup time. The simulations are based on the Volume-of-Fluid (VOF) method implemented in Free Surface 3D (FS3D). In order to construct physically realistic initial data for the VOF simulation, Surface Evolver is employed to calculate an initial configuration consistent with experiments. Numerical instabilities at the contact line are reduced by a novel discretization of the Navier-slip boundary condition on staggered grids. The breakup of the capillary bridge cannot be characterized by a unique scaling relationship. Instead, at different stages of the breakup process different scaling exponents apply, and the structure of the bridge undergoes a qualitative change. In the final stage of breakup, the capillary bridge forms a liquid thread that breaks up consistently with the Rayleigh-Plateau instability.

Freie Schlagworte: SFB1194_Z-INF
Zusätzliche Informationen:

Artikel-ID 103582

Fachbereich(e)/-gebiet(e): 16 Fachbereich Maschinenbau
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio)
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DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich A: Generische Experimente
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich A: Generische Experimente > A02: Experimentelle Untersuchungen zur Koaleszenz und zum Aufriss von Tropfen auf festen Oberflächen - Leitkonfiguration Tropfen
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich B: Modellierung und Simulation
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich B: Modellierung und Simulation > B01: Modellierung und VOF-basierte Simulation der Multiphysik irreversibler thermodynamischer Transferprozesse an dynamischen Kontaktlinien
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich B: Modellierung und Simulation > B02: Direkte Numerische Simulation lokal gekoppelter Grenzflächentransportprozesse an Kontaktlinien bei dynamischen Benetzungsprozessen
Exzellenzinitiative
Exzellenzinitiative > Exzellenzcluster
16 Fachbereich Maschinenbau > Fachgebiet Nano- und Mikrofluidik (NMF)
Hinterlegungsdatum: 01 Nov 2021 07:26
Letzte Änderung: 11 Dez 2023 15:15
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