Modelo Unidimensional para el Proceso de Expulsión de Gotas en Dispositivos de Inyección de Tinta
Autores: Jiang, Huicong; Tan, Hua
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
2018
Modelo Unidimensional para el Proceso de Expulsión de Gotas en Dispositivos de Inyección de Tinta
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Modelos informáticos basados en física
Dispositivos de inyección de tinta
Caída bajo demanda
Eyección de gotas
Métodos numéricos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En los últimos años, los modelos informáticos basados en la física se han aplicado cada vez más para diseñar dispositivos de inyección de tinta por goteo a demanda (DOD). La etapa de diseño inicial de estos dispositivos a menudo requiere un tiempo de respuesta rápido de los modelos informáticos, ya que generalmente implica un cribado masivo de un gran número de parámetros de diseño. Así, en el presente estudio, se desarrolla un modelo unidimensional (1D) para lograr la predicción rápida del proceso de eyección de gotas de los dispositivos DOD, incluyendo la ruptura y coalescencia de las gotas. Se adopta un popular método de chorro delgado 1D (Egger, 1994) en este estudio. La dinámica de fluidos en la región de la boquilla se describe mediante un modelo de flujo de Poiseuille no estacionario y axi-simétrico en 2D. La formación de gotas y la dinámica de fluidos en la boquilla están acopladas y, por lo tanto, se resuelven juntas para simular la eyección de gotas de tinta. Se emplea el método Lagrangiano-Euleriano arbitrario para resolver las ecuaciones gobernantes. Se han propuesto métodos numéricos para manejar la ruptura y coalescencia de las gotas. Los métodos propuestos se implementan en un código MATLAB desarrollado internamente. Se han llevado a cabo una serie de ejemplos de validación para evaluar la precisión y la robustez del modelo 1D propuesto. Finalmente, se presenta un estudio de caso de la eyección de gotas de tinta con diferentes números de Ohnesorge (Oh) para demostrar la capacidad del modelo 1D propuesto para el proceso de inyección de tinta DOD. Nuestro estudio ha demostrado que el modelo 1D puede reducir significativamente el tiempo de cálculo (generalmente menos de un minuto) y, sin embargo, con una precisión aceptable, lo que lo hace muy útil para explorar el amplio espacio de parámetros de los dispositivos de inyección de tinta en un corto período de tiempo.
Descripción
En los últimos años, los modelos informáticos basados en la física se han aplicado cada vez más para diseñar dispositivos de inyección de tinta por goteo a demanda (DOD). La etapa de diseño inicial de estos dispositivos a menudo requiere un tiempo de respuesta rápido de los modelos informáticos, ya que generalmente implica un cribado masivo de un gran número de parámetros de diseño. Así, en el presente estudio, se desarrolla un modelo unidimensional (1D) para lograr la predicción rápida del proceso de eyección de gotas de los dispositivos DOD, incluyendo la ruptura y coalescencia de las gotas. Se adopta un popular método de chorro delgado 1D (Egger, 1994) en este estudio. La dinámica de fluidos en la región de la boquilla se describe mediante un modelo de flujo de Poiseuille no estacionario y axi-simétrico en 2D. La formación de gotas y la dinámica de fluidos en la boquilla están acopladas y, por lo tanto, se resuelven juntas para simular la eyección de gotas de tinta. Se emplea el método Lagrangiano-Euleriano arbitrario para resolver las ecuaciones gobernantes. Se han propuesto métodos numéricos para manejar la ruptura y coalescencia de las gotas. Los métodos propuestos se implementan en un código MATLAB desarrollado internamente. Se han llevado a cabo una serie de ejemplos de validación para evaluar la precisión y la robustez del modelo 1D propuesto. Finalmente, se presenta un estudio de caso de la eyección de gotas de tinta con diferentes números de Ohnesorge (Oh) para demostrar la capacidad del modelo 1D propuesto para el proceso de inyección de tinta DOD. Nuestro estudio ha demostrado que el modelo 1D puede reducir significativamente el tiempo de cálculo (generalmente menos de un minuto) y, sin embargo, con una precisión aceptable, lo que lo hace muy útil para explorar el amplio espacio de parámetros de los dispositivos de inyección de tinta en un corto período de tiempo.