The dynamics of compound drops rising in a quiescent viscous fluid

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Karp, Joel Robert
• Orientador(a): Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo
• Banca de defesa: Sum, Amadeu Kun Wan , Silva, Fabricio Soares da , Carvalho, Marcio da Silveira , Marcelino Neto, Moises Alves , Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Soluções de viscosidade; Dinâmica dos fluidos; Fluxo viscoso; Escoamento multifásico; Hidrodinâmica; Viscosity solutions; Fluid dynamics; Viscous flow; Multiphase flow; Hydrodynamics
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27973

Gotas compostas são partículas fluidas compostas por mais de um fluido. Sua estrutura complexa rege seu comportamento, cujo conhecimento é de importância em vários cenários envolvendo escoamento multifásico. O presente trabalho é dedicado à análise do movimento gravitacional de gotas compostas gás-líquido de tamanho na ordem de milímetros com alto número de Reynolds, aproximadamente de 70 a 700, em um fluido viscoso quiescente por meio de técnicas de visualização de escoamento. Para tanto, experimentos em ambiente isotérmico utilizando as técnicas de aquisição de imagens em alta velocidade e velocimetria de imagem de partículas (PIV) foram conduzidos no Laboratório de Visualização de Escoamentos nas dependências do Núcleo de Escoamento Multifásico (NUEM – UTFPR). A influência das propriedades dos fluidos e da geometria da gota composta foi investigada empregando diferentes fluidos (óleos de silicone, milho, e mineral) e alterando o tamanho da bolha interna.Dois regimes ascendentes foram identificados com base em uma faixa crítica de razão de diâmetro, a saber, os regimes retilíneo e oscilatório. Os efeitos governantes em cada regime de movimento foram discutidos. As gotas compostas preservaram sua forma esférica em todas as medições, sugerindo que o escoamento interno pode desempenhar um papel essencial na transição do movimento. O comportamento oscilatório é descrito pelos ângulos de orientação das fases da gota composta que seguem um movimento pendular. A bolha interna reduz a dissipação viscosa e o coeficiente de arrasto apresentou valores intermediários em relação às gotas e bolhas monofluido. A instabilidade da esteira é sugerida como a origem física das instabilidades na trajetória. Quando o tamanho da bolha excede um valor crítico, a simetria da esteira é perdida devido ao aumento da vorticidade. O número de Strouhal apresentou uma evolução diferente em comparação com bolhas, gotas e esferas, revelando diferentes mecanismos de oscilação. Essas observações são corroboradas por modelagem mecanicista e suportadas por dados experimentais.