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Dinámica del Vórtice Anular Tras la Formación de un Chorro de una Burbuja que se Expande y Colapsa Cerca de un Límite Sólido Plano Visualizada a Través de la Advección de Tinte en el Marco de OpenFOAM

Autores: Koch, Max; Lauterborn, Werner; Lechner, Christiane; Mettin, Robert

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Dinámica del Vórtice Anular Tras la Formación de un Chorro de una Burbuja que se Expande y Colapsa Cerca de un Límite Sólido Plano Visualizada a Través de la Advección de Tinte en el Marco de OpenFOAM


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Burbuja
Vórtices
Chorro líquido
Frontera sólida
Campo de flujo
Experimentos

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Una burbuja que se expande y colapsa cerca de un límite sólido desarrolla un chorro de líquido hacia el límite. El chorro deja una burbuja en forma de toro e induce vórtices en el líquido que persisten mucho después de que las oscilaciones de la burbuja han cesado. Los vórtices se estudian numéricamente en simetría axial y se comparan con experimentos en la literatura. El campo de flujo se visualiza con diferentes métodos: vorticidad con flechas de dirección de flujo superpuestas para mapas en un instante de tiempo y mapas de campo de flujo de capa de líquido coloreado (advección de tinte) para seguir el flujo de fluido a largo plazo completo hasta un tiempo elegido desde la generación de la burbuja. Se estudian burbujas con un radio máximo de energía igual en un líquido libre Rmaxinfinito = 500 um para diferentes distancias Dinit desde el límite sólido. Se cubre el intervalo de distancias normalizadas D* = Dinit/Rmaxinfinito desde 0.4 hasta 1.8. Se informaron dos tipos de vórtices en experimentos, uno moviéndose hacia el límite sólido y otro alejándose de él. Este hallazgo se reproduce numéricamente con mayor resolución del campo de flujo y en más detalle. El mayor detalle revela que los dos tipos de vórtices tienen diferentes direcciones de rotación y coexisten con amplitudes de vorticidad que varían individualmente a lo largo del intervalo estudiado. En una parte bastante estrecha del intervalo, los dos tipos cambian su fuerza y extensión con el resultado de una reversión de la dirección rotacional dominante del flujo de fluido. De este modo, el intervalo de transición encontrado experimentalmente podría ser reproducido y refinado. Es interesante notar que en el intervalo de transición de vórtices, la erosión de una superficie sólida se ve fuertemente aumentada.

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