Estructura de flujo fino en el límite del dominio de contacto de fluidos miscibles en el modo de impacto de la coalescencia de gotas en caída libre
Autores: Chashechkin, Yuli D.; Ilinykh, Andrey Yu.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Estructura de flujo fino en el límite del dominio de contacto de fluidos miscibles en el modo de impacto de la coalescencia de gotas en caída libre
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Patrón de flujo
Gota líquida
Coalescencia
Procesos energéticos
Mecánica de fluidos
Difusión molecular
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Se llevó a cabo el registro del patrón de flujo y la distribución de la materia de una gota de líquido en caída libre en un fluido objetivo en reposo en el modo de impacto de coalescencia cuando la energía cinética (KEn) de la gota excede su energía potencial superficial disponible (ASPe) mediante grabación fotográfica y de video. Estudiamos la evolución de la estructura de flujo fino en la etapa inicial de la formación de la cavidad. Para llevar a cabo el registro en color, el campo de observación fue iluminado por varias fuentes de luz constante de matriz LED y fibra óptica. La planificación de los experimentos y la interpretación de los resultados se basaron en las propiedades de las soluciones completas de las ecuaciones fundamentales de un sistema de mecánica de fluidos, incluyendo los procesos de transferencia y conversión de energía. Las soluciones completas del sistema de ecuaciones describen componentes de flujo a gran escala que son ondas o vórtices, así como chorros delgados (ligaduras, filamentos, fibras, chorros). En los experimentos, los chorros son acelerados por la energía potencial superficial disponible (ASPe) convertida cuando se eliminaron las superficies libres de los fluidos que se fusionan. Los experimentos se realizaron con la coalescencia de gotas de agua, soluciones de tinta de alizarina, permanganato de potasio y sulfato de cobre o sulfato de hierro en agua profunda. En todos los casos, en el contacto inicial, la gota comienza a perder su continuidad y se descompone en un fino velo y chorros, cuya velocidad supera la velocidad de contacto de la gota. Pequeñas gotas, cuyo tamaño crece con el tiempo, son lanzadas al aire desde picos en las cimas de los chorros. En la superficie del líquido, los finos chorros dejan trazas de color que forman estructuras lineales y reticulares. Parte de los chorros que penetran a través del fondo y la pared de la cavidad forma una capa de cobertura intermedia. Los chorros que forman la capa interior están separados por interfaces del fluido objetivo. Los procesos de difusión molecular igualan las diferencias de densidad y forman una capa intermedia con límites definidos en el fluido objetivo. Todas las características estructurales del flujo mencionadas también se visualizan cuando una gota de agua dulce se expande isotérmicamente en el mismo agua del grifo. Los procesos de difusión molecular suavizan gradualmente el límite de rápida variación de los fluidos que se fusionan, que en la etapa inicial tiene una forma compleja e irregular. Se observaron patrones de flujo similares en todos los experimentos realizados; sin embargo, las características geométricas del flujo dependen de los parámetros termodinámicos y cinéticos individuales de los fluidos en contacto.
Descripción
Se llevó a cabo el registro del patrón de flujo y la distribución de la materia de una gota de líquido en caída libre en un fluido objetivo en reposo en el modo de impacto de coalescencia cuando la energía cinética (KEn) de la gota excede su energía potencial superficial disponible (ASPe) mediante grabación fotográfica y de video. Estudiamos la evolución de la estructura de flujo fino en la etapa inicial de la formación de la cavidad. Para llevar a cabo el registro en color, el campo de observación fue iluminado por varias fuentes de luz constante de matriz LED y fibra óptica. La planificación de los experimentos y la interpretación de los resultados se basaron en las propiedades de las soluciones completas de las ecuaciones fundamentales de un sistema de mecánica de fluidos, incluyendo los procesos de transferencia y conversión de energía. Las soluciones completas del sistema de ecuaciones describen componentes de flujo a gran escala que son ondas o vórtices, así como chorros delgados (ligaduras, filamentos, fibras, chorros). En los experimentos, los chorros son acelerados por la energía potencial superficial disponible (ASPe) convertida cuando se eliminaron las superficies libres de los fluidos que se fusionan. Los experimentos se realizaron con la coalescencia de gotas de agua, soluciones de tinta de alizarina, permanganato de potasio y sulfato de cobre o sulfato de hierro en agua profunda. En todos los casos, en el contacto inicial, la gota comienza a perder su continuidad y se descompone en un fino velo y chorros, cuya velocidad supera la velocidad de contacto de la gota. Pequeñas gotas, cuyo tamaño crece con el tiempo, son lanzadas al aire desde picos en las cimas de los chorros. En la superficie del líquido, los finos chorros dejan trazas de color que forman estructuras lineales y reticulares. Parte de los chorros que penetran a través del fondo y la pared de la cavidad forma una capa de cobertura intermedia. Los chorros que forman la capa interior están separados por interfaces del fluido objetivo. Los procesos de difusión molecular igualan las diferencias de densidad y forman una capa intermedia con límites definidos en el fluido objetivo. Todas las características estructurales del flujo mencionadas también se visualizan cuando una gota de agua dulce se expande isotérmicamente en el mismo agua del grifo. Los procesos de difusión molecular suavizan gradualmente el límite de rápida variación de los fluidos que se fusionan, que en la etapa inicial tiene una forma compleja e irregular. Se observaron patrones de flujo similares en todos los experimentos realizados; sin embargo, las características geométricas del flujo dependen de los parámetros termodinámicos y cinéticos individuales de los fluidos en contacto.