Transportando partículas con anillos de vórtice
Autores: Gulinyan, Van; Kuzikov, Fedor; Podgornyi, Roman; Shirkin, Daniil; Zakharov, Ivan; Sadrieva, Zarina; Korobkov, Maxim; Muzychenko, Yana; Kudlis, Andrey
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Transportando partículas con anillos de vórtice
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Anillos de vórtice
Micropartículas coloidales
Expresiones matemáticas
Suspensiones coloidales inhomogéneas
Aproximaciones analíticas
Observaciones experimentales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Debido a su naturaleza de larga duración, los anillos de vórtice son muy prometedores para el transporte sin contacto de micropartículas coloidales. Sin embargo, debido a la alta complejidad de las estructuras, su descripción utilizando expresiones matemáticas rigurosas y en forma cerrada es un desafío, particularmente en presencia de suspensiones coloidales fuertemente inhomogéneas. En este trabajo, estudiamos de manera integral este fenómeno, poniendo especial énfasis en una descripción cuantitativa de la capacidad de los anillos de vórtice para mover las partículas suspendidas en un líquido a distancias que superan significativamente las dimensiones del anillo. Además, dentro del estudio, presentamos aproximaciones analíticas sencillas extraídas mediante el ajuste de las observaciones experimentales y de simulación numérica que revelan la dinámica de los anillos de vórtice transportando las micropartículas. Esto incluye tanto la dependencia de la concentración en la distancia recorrida por el anillo de vórtice como los coeficientes que describen la evolución de la forma del anillo de vórtice en el tiempo, que no se habían presentado antes en la literatura. Resulta que, a pesar de que la modelización en 2D es una simplificación de la solución completa del problema en 3D y no puede capturar algunos de los efectos menores del comportamiento real, ha demostrado una buena consistencia con los resultados obtenidos a través de experimentos en relación con el proceso de transporte de partículas.
Descripción
Debido a su naturaleza de larga duración, los anillos de vórtice son muy prometedores para el transporte sin contacto de micropartículas coloidales. Sin embargo, debido a la alta complejidad de las estructuras, su descripción utilizando expresiones matemáticas rigurosas y en forma cerrada es un desafío, particularmente en presencia de suspensiones coloidales fuertemente inhomogéneas. En este trabajo, estudiamos de manera integral este fenómeno, poniendo especial énfasis en una descripción cuantitativa de la capacidad de los anillos de vórtice para mover las partículas suspendidas en un líquido a distancias que superan significativamente las dimensiones del anillo. Además, dentro del estudio, presentamos aproximaciones analíticas sencillas extraídas mediante el ajuste de las observaciones experimentales y de simulación numérica que revelan la dinámica de los anillos de vórtice transportando las micropartículas. Esto incluye tanto la dependencia de la concentración en la distancia recorrida por el anillo de vórtice como los coeficientes que describen la evolución de la forma del anillo de vórtice en el tiempo, que no se habían presentado antes en la literatura. Resulta que, a pesar de que la modelización en 2D es una simplificación de la solución completa del problema en 3D y no puede capturar algunos de los efectos menores del comportamiento real, ha demostrado una buena consistencia con los resultados obtenidos a través de experimentos en relación con el proceso de transporte de partículas.