Προσομοίωση στατικής και δυναμικής διαβρεκτικότητας υπερυδρόφοβων επιφανειών από σταγόνες - Χαριτάτος, Βασίλειος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ), 2016)
Η μελέτη της διαβρεκτικότητας αφορά στο πώς ένα υγρό απλώνει και ισορροπεί πάνω σε μια στερεή επιφάνεια, σε περιβάλλουσα φάση ρευστού (αέρα ή άλλου υγρού). Στην παρούσα εργασία, εξετάζεται από υπολογιστική σκοπιά τόσο η στατική όσο και η δυναμική συμπεριφορά σταγόνων που διαβρέχουν στερεές επιφάνειες. Ειδικότερα, μελετούνται περιπτώσεις όπου κατά την εξάπλωση του υγρού, μια ποσότητα περιβάλλουσας φάσης εγκλωβίζεται ανάμεσα στο υγρό και την στερεή επιφάνεια. Στις υπάρχουσες μεθόδους μοντελοποίησης, οι διαβρεκτικές ιδιότητες της στερεής επιφάνειας εισάγονται στο πρόβλημα με μορφή συνοριακής συνθήκης στο τριπλό σημείο επαφής υγρού/στερεής επιφάνειας/περιβάλλουσας φάσης. Σε αυτήν την εργασία, στην θέση της συνοριακής συνθήκης, χρησιμοποιείται ένας όρος διαμοριακών δυνάμεων για την ποσοτικοποίηση των μικρο-αλληλεπιδράσεων στερεού/υγρού. Συγκεκριμένα, για την προσομοίωση της στατικής συμπεριφοράς, η συμβατική διαφορική εξίσωση Young-Laplace επαυξάνεται με αυτόν τον όρο. Έτσι, μας δίνεται η δυνατότητα να αντιμετωπίσουμε προβλήματα διαβροχής στα οποία η στερεή επιφάνεια έχει τραχύτητα. Αντίστοιχα, για την περιγραφή της δυναμικής συμπεριφοράς, ο όρος των διαμοριακών αλληλεπιδράσεων συνυπολογίζεται στις συνοριακές συνθήκες των εξισώσεων Navier-Stokes. Στα αποτελέσματα που αφορούν τη στατική συμπεριφορά του συστήματος, συγκρίνεται το τελικό σχήμα της σταγόνας όπως αυτό προκύπτει από την επίλυσης της συμβατικής και της τροποποιημένης εξίσωσης Young-Laplace. Επίσης, εξετάζεται τί αλλαγές επιφέρει στο σχήμα της σταγόνας η χρήση ενός διαφορετικού όρου διαμοριακών αλληλεπιδράσεων. Για τη δυναμική συμπεριφορά του συστήματος, παρουσιάζονται αποτελέσματα που αφορούν τις συνθήκες που ευνοούν την παγίδευση της περιβάλλουσας φάσης. Παράλληλα, πραγματοποιείται μελέτη της επίδρασης των ιδιοτήτων της περιβάλλουσας φάσης στο δυναμικό σχήμα της σταγόνας. Επιπλέον, εξετάζεται η επίδραση της ταχύτητας πρόσκρουσης της σταγόνας στο σχήμα της παγιδευμένης περιβάλλουσας φάσης. Τέλος, γίνεται μια συνοπτική ανάλυση της επίδρασης της γεωμετρίας της στερεής επιφάνειας, στο φαινόμενο της παγίδευσης της περιβάλλουσας φάσης.