Morfología de Estructuras Bandadas Anisotrópicas en una Emulsión bajo Cizallamiento Simple
Autores: Mateus, Jairo Eduardo Leiva; Huesca, Marco Antonio Reyes; Lavielle, Federico Méndez; Aguilar, Enrique Geffroy
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Morfología de Estructuras Bandadas Anisotrópicas en una Emulsión bajo Cizallamiento Simple
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Formación
Estructuras orientadas inducidas por flujo
Sistemas bifásicos
Materiales de estructura estriada
Emulsiones de agua en aceite
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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La formación de estructuras orientadas inducidas por flujo en sistemas de dos fases, como en este estudio, es un fenómeno de considerable interés para los sectores científico e industrial. La principal dificultad para entender la formación de bandas de gotas es la interacción simultánea de efectos fisicoquímicos, hidrodinámicos y mecánicos. Además, los materiales con estructuras en bandas frecuentemente muestran múltiples escalas de longitud que abarcan varias décadas como resultado de campos de tensión complejos y dependientes del tiempo. Aquí, para facilitar la comprensión de un subconjunto de estas estructuras, estudiamos emulsiones de agua en aceite y nos centramos en los efectos de tres variables específicamente: el factor de confinamiento (Co=2R/H), la relación de viscosidad (p) y la tasa de cizallamiento aplicada (). El confinamiento (Co) es la relación entre el diámetro de la gota (2R) y la separación de (el espacio entre) los discos circulares rotatorios (H) que contienen la emulsión. Realizamos (a) observaciones de la estructura inducida bajo diferentes tasas de cizallamiento simple, así como (b) análisis estadísticos y morfológicos de estas bandas. A bajas tasas de cizallamiento, el sistema se autoensambla en bandas a lo largo de la dirección del flujo y apiladas normales a la dirección del gradiente de velocidad. A tasas de cizallamiento más altas, es posible observar bandas normales a la dirección de la vorticidad. Aquí, mostramos que un análisis detallado de la dinámica de las estructuras en bandas es factible, así como mediciones de anomalías en el campo de flujo observadas simultáneamente. La viscosidad local de la emulsión varía en el tiempo, aumentando en regiones de mayor concentración de gotas y posteriormente induciendo componentes de velocidad perpendiculares a la dirección principal del flujo. Así, la morfología de la emulsión evoluciona y cambia macroscópicamente. Una explicación relativamente plausible se atribuye a los efectos competitivos de la coalescencia y la ruptura de gotas, donde los valores de p menores que uno predominan la coalescencia.
Descripción
La formación de estructuras orientadas inducidas por flujo en sistemas de dos fases, como en este estudio, es un fenómeno de considerable interés para los sectores científico e industrial. La principal dificultad para entender la formación de bandas de gotas es la interacción simultánea de efectos fisicoquímicos, hidrodinámicos y mecánicos. Además, los materiales con estructuras en bandas frecuentemente muestran múltiples escalas de longitud que abarcan varias décadas como resultado de campos de tensión complejos y dependientes del tiempo. Aquí, para facilitar la comprensión de un subconjunto de estas estructuras, estudiamos emulsiones de agua en aceite y nos centramos en los efectos de tres variables específicamente: el factor de confinamiento (Co=2R/H), la relación de viscosidad (p) y la tasa de cizallamiento aplicada (). El confinamiento (Co) es la relación entre el diámetro de la gota (2R) y la separación de (el espacio entre) los discos circulares rotatorios (H) que contienen la emulsión. Realizamos (a) observaciones de la estructura inducida bajo diferentes tasas de cizallamiento simple, así como (b) análisis estadísticos y morfológicos de estas bandas. A bajas tasas de cizallamiento, el sistema se autoensambla en bandas a lo largo de la dirección del flujo y apiladas normales a la dirección del gradiente de velocidad. A tasas de cizallamiento más altas, es posible observar bandas normales a la dirección de la vorticidad. Aquí, mostramos que un análisis detallado de la dinámica de las estructuras en bandas es factible, así como mediciones de anomalías en el campo de flujo observadas simultáneamente. La viscosidad local de la emulsión varía en el tiempo, aumentando en regiones de mayor concentración de gotas y posteriormente induciendo componentes de velocidad perpendiculares a la dirección principal del flujo. Así, la morfología de la emulsión evoluciona y cambia macroscópicamente. Una explicación relativamente plausible se atribuye a los efectos competitivos de la coalescencia y la ruptura de gotas, donde los valores de p menores que uno predominan la coalescencia.