Steady flow and stability analysis of a thin film over variable topography

The gravity-driven film flow over a flat inclined surface is a fundamental problem in fluid mechanics. This flow appears in many significant industrial, environmental and biomedical processes. Although this flow is a classic problem in fluid mechanics, nevertheless, in the real world, the substrates...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Πέττας, Διονύσιος
Άλλοι συγγραφείς: Τσαμόπουλος, Ιωάννης
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2020
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/13426
id nemertes-10889-13426
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Film
Stability analysis
Partial wetting
Floquet
Hydrophobic substrate
Hydrophillic substrate
Free surface
Cassie-Baxter
Wenzel
Φιλμ
Ανάλυση ευστάθειας
Μερική διαβροχή
Ανάλυση Floquet
Υδροφοβες επιφάνειες
Υδρόφιλες επιφάνειες
Ελεύθερη επιφάνεια
spellingShingle Film
Stability analysis
Partial wetting
Floquet
Hydrophobic substrate
Hydrophillic substrate
Free surface
Cassie-Baxter
Wenzel
Φιλμ
Ανάλυση ευστάθειας
Μερική διαβροχή
Ανάλυση Floquet
Υδροφοβες επιφάνειες
Υδρόφιλες επιφάνειες
Ελεύθερη επιφάνεια
Πέττας, Διονύσιος
Steady flow and stability analysis of a thin film over variable topography
description The gravity-driven film flow over a flat inclined surface is a fundamental problem in fluid mechanics. This flow appears in many significant industrial, environmental and biomedical processes. Although this flow is a classic problem in fluid mechanics, nevertheless, in the real world, the substrates on which the films move exhibit some kind of roughness, either accidentally or intentionally. The interaction between the underlying topography and the fluid layer triggers a complicated dynamical behavior that favors the formation of eddies inside the bottom undulations and resonant standing waves at the free surface of the flow. Even the small fluctuations of the substrate can significantly affect the shape of the free surface. Besides the topological variations, the rheology of the material can affect the fluid flow since the liquids involved are often polymer solutions which generally exhibit non-Newtonian properties. Moreover, a fully wetting state cannot always be achieved. Recent studies indicate that the wetting state of the substrate depends both on its geometrical and liquid properties, while air inclusions can be formed during the coating process of these surfaces resulting in products of inferior quality. Regarding the calculation of the critical parameters for the onset of interfacial instabilities, the existing literature is mainly limited to the Newtonian case. However, the polymeric properties may affect the stability of the flow significantly. Due to the widespread usage of polymer solutions in industrial applications, the understanding of the mechanisms leading to the stabilization/destabilization of the flow is of the utmost importance, while the latter gives the potential for instability control through the development of appropriately tailored substrates.
author2 Τσαμόπουλος, Ιωάννης
author_facet Τσαμόπουλος, Ιωάννης
Πέττας, Διονύσιος
format Thesis
author Πέττας, Διονύσιος
author_sort Πέττας, Διονύσιος
title Steady flow and stability analysis of a thin film over variable topography
title_short Steady flow and stability analysis of a thin film over variable topography
title_full Steady flow and stability analysis of a thin film over variable topography
title_fullStr Steady flow and stability analysis of a thin film over variable topography
title_full_unstemmed Steady flow and stability analysis of a thin film over variable topography
title_sort steady flow and stability analysis of a thin film over variable topography
publishDate 2020
url http://hdl.handle.net/10889/13426
work_keys_str_mv AT pettasdionysios steadyflowandstabilityanalysisofathinfilmovervariabletopography
AT pettasdionysios monimēroēkaianalysēeustatheiasleptouymenapanōapometaballomenētopographia
_version_ 1771297151093047296
spelling nemertes-10889-134262022-09-05T05:37:55Z Steady flow and stability analysis of a thin film over variable topography Μόνιμη ροή και ανάλυση ευστάθειας λεπτού υμένα πάνω από μεταβαλλόμενη τοπογραφία Πέττας, Διονύσιος Τσαμόπουλος, Ιωάννης Δημακόπουλος, Ιωάννης Μαυραντζάς, Βλασης Καραπέτσας, Γεώργιος Γιάνσιος, Στέργιος Μποντόζογλου, Βασίλειος Παπαγεωργίου, Δημήτριος Pettas, Dionisis Film Stability analysis Partial wetting Floquet Hydrophobic substrate Hydrophillic substrate Free surface Cassie-Baxter Wenzel Φιλμ Ανάλυση ευστάθειας Μερική διαβροχή Ανάλυση Floquet Υδροφοβες επιφάνειες Υδρόφιλες επιφάνειες Ελεύθερη επιφάνεια The gravity-driven film flow over a flat inclined surface is a fundamental problem in fluid mechanics. This flow appears in many significant industrial, environmental and biomedical processes. Although this flow is a classic problem in fluid mechanics, nevertheless, in the real world, the substrates on which the films move exhibit some kind of roughness, either accidentally or intentionally. The interaction between the underlying topography and the fluid layer triggers a complicated dynamical behavior that favors the formation of eddies inside the bottom undulations and resonant standing waves at the free surface of the flow. Even the small fluctuations of the substrate can significantly affect the shape of the free surface. Besides the topological variations, the rheology of the material can affect the fluid flow since the liquids involved are often polymer solutions which generally exhibit non-Newtonian properties. Moreover, a fully wetting state cannot always be achieved. Recent studies indicate that the wetting state of the substrate depends both on its geometrical and liquid properties, while air inclusions can be formed during the coating process of these surfaces resulting in products of inferior quality. Regarding the calculation of the critical parameters for the onset of interfacial instabilities, the existing literature is mainly limited to the Newtonian case. However, the polymeric properties may affect the stability of the flow significantly. Due to the widespread usage of polymer solutions in industrial applications, the understanding of the mechanisms leading to the stabilization/destabilization of the flow is of the utmost importance, while the latter gives the potential for instability control through the development of appropriately tailored substrates. Η ροή υμένα πάνω από μια επίπεδη κεκλιμένη επιφάνεια λόγω της βαρύτητας, αποτελεί θεμελιώδες πρόβλημα στην μηχανική των ρευστών. Τέτοιες διατάξεις εμφανίζονται σε πολλές σημαντικές βιομηχανικές, περιβαντολλογικές και βιολογικές ροές. Αν και η ροή αυτή αποτελεί ένα κλασσικό πρόβλημα στην ρευστομηχανική, εντούτοις, στον πραγματικό κόσμο, τα υποστρώματα στα οποία κινούνται οι υμένες, εμφανίζουν κάποιου είδους τραχύτητα, η οποία έγινε είτε κατά λάθος είτε σκόπιμα. Η αλληλεπίδραση μεταξύ της υποκείμενης τοπογραφίας και του ρευστού υμένα πυροδοτεί μια περίπλοκη δυναμική συμπεριφορά που ευνοεί τον σχηματισμό δινών μέσα στις κοιλότητες του υποστρώματος και στάσιμα κύματα στην ελεύθερη επιφάνεια της ροής λόγω φαινομένων συντονισμού. Ακόμα και οι μικρές διακυμάνσεις του υποστρώματος μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά το σχήμα της ελεύθερης επιφάνειας. Εκτός από τις τοπολογικές διαφορές η ρεολογία του υλικού μπορεί να eπηρεάσει εξίσου σημαντικά την ροή, ενώ σε τέτοιου τύπου ροές τα εμπλεκόμενα ρευστά είναι συχνά διαλύματα πολυμερών τα οποία γενικά παρουσιάζουν μη-Νευτώνειες ιδιότητες. Επιπλέον η πλήρης επικάλυψη της τοπογραφίας δεν είναι πάντοτε εφικτή. Πρόσφατες εργασίες υποδεικνύουν ότι η κατάσταση διαβροχής του υποστρώματος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα γεωμετρικά του χαρακτηριστικά και τις ιδιότητες του ρευστού, ενώ αέρια εγκλείσματα μπορεί να δημιουργηθούν κατά την διαδικασία επικάλυψης αυτών των επιφανειών με αποτέλεσμα την παραγωγή κακής ποιότητας προϊόντων. Όσο αφορά τον υπολογισμό των κρίσιμων παραμέτρων για την έναρξη των διεπιφανειακών ασταθειών, η υπάρχουσα βιβλιογραφία περιορίζεται κυρίως στην περίπτωση Νευτωνικού υμένα. Ωστόσο, η ύπαρξη μη-Νευτώνειων φαινομένων μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τη ευστάθεια της ροής. Λόγω της ευρείας χρήσης των πολυμερικών διαλυμάτων σε βιομηχανικές εφαρμογές, η κατανόηση των μηχανισμών που οδηγούν στη σταθεροποίηση / αποσταθεροποίηση της ροής μη-Νευτωνικών ρευστών είναι υψίστης σημασίας, ενώ δίνεται τη δυνατότητα για έλεγχο της αστάθειας μέσω της ανάπτυξης κατάλληλα προσαρμοσμένων υποστρωμάτων. 2020-04-15T21:39:57Z 2020-04-15T21:39:57Z 2019-12-19 Thesis http://hdl.handle.net/10889/13426 en_US 0 application/pdf