Abstract
The prediction of binary droplet collisions is important in the formation of falling drops and the evolution of sprays. The droplet velocity, impact parameter, and drop-size ratio influence the interaction between the droplets. The effect of these parameters results in complicated collision phenomena. Droplet collisions can be classified into four types of interactions: bouncing, coalescence, reflexive separation, and stretching separation. In the present study, the interfacial flow problem of the droplet collision was numerically simulated by using the level set method. 2D axisymmetric simulations on the head-on collisions and 3D simulation on the off-center collisions were performed. The numerical results of droplet behavior after the collision agreed well with the experimental and analytical results. The mixing of the mass of the initial droplets after the collision was also predicted by using different species index of colliding droplets.
액적 충돌은 물방울 형성 및 분무 유동 등의 현상을 예측하는데 있어 매우 중요하다. 이러한 액적 충돌은 액적 속도, 충돌 파라미터, 액적 크기비에 영향을 받아, 충돌 후 거동 특성이 결정된다. 충돌 후 액적은 반사, 합일, 스트레칭 분리, 리플렉시브 분리와 같은 거동 특성을 갖는다. 본 연구에서는 레벨셋 방법을 사용하여 충돌 후 액적 거동 특성에 대한 이상유동 해석을 수행하였다. 정면충돌 현상에 대한 2차원 축대칭 해석으로부터 합일 및 리플렉시브 분리 현상을, 비중심충돌 현상에 대한 3차원 해석으로부터 합일, 리플렉시브 분리, 스트레칭 분리 현상을 예측할 수 있었다. 이러한 해석 결과는 기존 실험 및 이론적 연구 결과와 일치하는 결과를 보였다. 또한, 초기 액적의 부피비에 대한 수송 방정식을 사용하여 충돌하는 두 액적의 성분을 추적하였다. 이로부터 크기가 다른 두 액적의 정면충돌에 대한 액적 성분 추적을 통해 액적 거동 및 액적 성분에 대해 분석하였다.
