Convective Flows in Evaporating Sessile Droplets

马朗戈尼效应 机械 接触角 对流 材料科学 蒸发 喷射(流体) 温度梯度 无量纲量 马兰戈尼数 流体体积法 流量(数学) 热力学 物理 气象学 复合材料
作者
M. Rezaei Barmi,Carl Meinhart
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:118 (9): 2414-2421 被引量:62
标识
DOI:10.1021/jp408241f
摘要

The evaporation rate and internal convective flows of a sessile droplet with a pinned contact line were formulated and investigated numerically. We developed and analyzed a unified numerical model that includes the effects of temperature, droplet volume, and contact angle on evaporation rate and internal flows. The temperature gradient on the air/liquid interface causes an internal flow due to Marangoni stress, which provides good convective mixing within the droplet, depending upon Marangoni number. As the droplet volume decreases, the thermal gradient becomes smaller and the Marangoni flow becomes negligible. Simultaneously, as the droplet height decreases, evaporation-induced flow creates a large jet-like flow radially toward the contact line. For a droplet containing suspended particles, this jet-like convective flow carries particles toward the contact line and deposits them on the surface, forming the so-called “coffee ring stain”. In addition, we reported a simple polynomial correlation for dimensionless evaporation time as a function of initial contact angle of the pinned sessile droplet which agrees well with the previous experimental and numerical results.

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