Characterization of condensation on nanostructured surfaces and associated thermal hydraulics using a thermal lattice Boltzmann method

成核 过冷 格子Boltzmann方法 材料科学 冷凝 介观物理学 传热 表面能 热的 下降(电信) 机械 凝聚态物理 热力学 物理 复合材料 计算机科学 电信
作者
Aritra Mukherjee,Dipankar N. Basu,Pranab Kumar Mondal,Lin Chen
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:105 (4) 被引量:8
标识
DOI:10.1103/physreve.105.045308
摘要

The dynamics of the condensation process on nanostructured surfaces can be modulated substantially by tuning the surface architecture. Present study uses the mesoscopic framework of lattice Boltzmann method (LBM) to explore the role of surface morphology and cold spot temperature in determining the visual state of the condensate droplet, mode of nucleation, and associated rates of energy and mass interactions. A multiple relaxation time-(MRT)-based LBM solver, coupled with pseudopotential model, has been developed to simulate a rectangular domain of saturated vapor, housing a cold spot on the bottom rough surface. Superhydrophobicity has been achieved for certain combinations of surface parameters, with the intercolumn spacing being the most influential one. Gradual increase in the spacing modifies the nucleation mode from top through side to bottom, while the droplet changes from Cassie to Wenzel state. The Cassie drop in top nucleation mode exhibits the largest contact angle and least rate of surface heat transfer. Both types of Wenzel drops display large rate of condensation and two peaks in heat transfer, along with very short nucleation time in comparison with Cassie drops. Couple of phase diagrams have been developed combining all four scenarios of condensation predicted by the present model. One important novelty of the present study is the consideration of nonisothermal condition within LB structure. Enhancement in the degree of subcooling at the cold spot encourages greater condensation and Cassie-to-Wenzel transition.
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