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Caracterización de la Difusión Efectiva dentro de Fluidos Viscoelásticos con Inestabilidades Elásticas

Autores: Hietsch, Valerie; Ligrani, Phil; Su, Mengying

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2022

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Acceso abierto

Artículo científico
2022

Caracterización de la Difusión Efectiva dentro de Fluidos Viscoelásticos con Inestabilidades Elásticas


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Difusión
Coeficiente de difusión efectivo
Inestabilidades elásticas
Tasas de cizallamiento del flujo
Flujo de Couette rotatorio
Colorante fluoresceína

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Consideramos la difusión efectiva, caracterizada por magnitudes de coeficientes de difusión efectiva, para cuantificar el transporte de masa debido al inicio y desarrollo de inestabilidades elásticas. Las magnitudes de los coeficientes de difusión efectiva se determinaron utilizando diferentes enfoques analíticos, aplicados a visualizaciones rastreadas de las variaciones del frente de tinte de fluoresceína, mientras se imponía advección circunferencial en un entorno de flujo producido mediante un arreglo de flujo de Couette rotatorio. Se proporcionaron resultados de coeficientes de difusión efectiva para una gama de tasas de cizallamiento del flujo, que se produjeron utilizando diferentes velocidades de rotación del flujo de Couette y dos profundidades de fluido en el entorno de flujo. Para visualizar el comportamiento del flujo dentro del entorno de flujo de Couette rotatorio, se inyectaron pequeñas cantidades de tinte de fluoresceína en el centro del contenedor de flujo utilizando una bomba de jeringa. Este tinte se redistribuyó dentro del flujo por difusión radial solo cuando no se utilizó rotación del disco, y por difusión radial y advección circunferencial cuando estuvo presente la rotación del disco. Los valores asociados de coeficientes de difusión efectiva, para este último arreglo, se compararon con los valores de coeficientes sin rotación del disco, que se debieron únicamente a la difusión molecular, para cuantificar las mejoras debidas a las inestabilidades elásticas. Se realizaron experimentos utilizando fluidos viscoelásticos, que se basaron en una solución de 65% de sacarosa, con diferentes concentraciones de polímero que variaron de 0 ppm a 300 ppm. Los números de Reynolds asociados, basados en la profundidad del fluido y la velocidad máxima de flujo promediada radialmente, variaron de 0.00 a 0.5. Los valores resultantes de coeficientes de difusión efectiva para diferentes tasas de cizallamiento del flujo y concentraciones de polímero cuantificaron el inicio de inestabilidades elásticas, así como cambios significativos y dramáticos en las magnitudes de transporte de masa local, que están asociados con el desarrollo adicional de inestabilidades elásticas.

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