The dynamics of compound drops rising in a quiescent viscous fluid - Karp, Joel Robert (2021)
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.