Inestabilidades globales y biglobales del flujo en el cruce de dos canales bidimensionales

CORREA, P. G.; GOMBA J. M.; PERAZZO, CARLOS ALBERTO; MANSILLA R. A.

Paraná

Congreso; XVI Meeting on Recent Advances in Physics of Fluids and its Applications; 2021

División de Fluidos y Plasmas - AFA

El estudio de la dinámica del flujo en junturas de canales ha cobrado inter ́es en los últimos a ̃nos.Las inestabilidades que ocurren en estos flujos a números de Reynolds moderados permitenpensar en aplicaciones en el campo de la microfluídica, tanto para mejorar el mezclado deagentes líquidos, como para desarrollar nuevos mecanismos de captura de partículas inmersasen el fluido. En este trabajo consideramos dos fluidos idénticos que confluyen enfrentados en uncanal recto transversal a la dirección de entrada, con dos salidas en sus extremos. Estudiamosla estabilidad del flujo bidimensional en función del número de Reynolds (Re) y de la razónentre el ancho del conducto de entrada y el de salida (r). Para Re < 100 y en un ampliorango de valores de r > 1, surgen dos tipos de inestabilidades que rompen con la simetríadel flujo, una de tipo estacionaria y otra oscilatoria. Investigamos estos dos regímenes a partirde un análisis de estabilidad lineal y observamos que el estado inestable oscilatorio tiene Recrítico inferior al estado inestable estacionario. Esta característica es una diferencia notablecon estudios previos, que modelan este mismo problema sin conductos de entrada, y en sulugar imponen una condición sobre la velocidad en dos aberturas laterales del canal de salida.Explicamos esta diferencia a partir del análisis de los modos inestables y de la inspección delcampo de velocidades en simulaciones DNS. En el caso particular en que ambos conductostienen igual ancho (r = 1), no hallamos ninguna inestabilidad puramente bidimensional en elrango de parámetros estudiado. Sin embargo, el análisis de estabilidad biglobal da cuenta deuna inestabilidad tridimensional con una componente periódica en la dirección transversal alplano de los canales. Tanto la longitud de onda de la perturbación como sus modos permitenasociar esta inestabilidad con la reportada en un estudio previo en canales tridimensionales conrelaciones de aspecto grandes, donde hemos mostrado el surgimiento de una secuencia de vórtices contrarotantes estacionariosPara corroborar esto, realizamos simulaciones numéricas en una geometría de canales tridimensional y periódica cuya altura se corresponde con el número deonda del modo m ́as inestable. Detectamos la aparición de dos vórtices en el cruce de los canales,que representan la estructura mínima que se puede replicar en canales de relación de aspectomuy grande.