Estudio numérico preliminar de la estabilidad de filamentos líquidos depositados sobre sustratos sólidos, planos y horizontales

ANDRÉS F. ORDOÑEZ; DIEGO M. CAMPANA; AGUSTÍN BRONDINO; SEBASTIÁN UBAL

La Plata

Congreso; XIV Reunión sobre Recientes Avances en Física de Fluidos y sus Aplicaciones (FLUIDOS 2016); 2016

Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos, UNLP

El proceso ha sido estudiado a nivel fundamental por diversos autores, tanto experimental como teóricamente. Desde el trabajo seminal de Davis (1980), donde se describen los aspectos básicos fundamentales de la estabilidad del filamento, se han publicado numerosos estudios teóricos, la mayoría de los cuales han sido revisados en Diez, González y Kondic (2009). Desde el punto de vista experimental, los filamentos que se depositan poseen necesariamente extremos, cuya superficie libre presenta en general una curvatura mayor que la parte central. Cuando la relación de aspecto largo-ancho es del orden de las decenas a la centena (González y col., 2007) se observa que las condiciones de los extremos son importantes en el proceso de inestabilidad, que progresa desde las puntas hacia el medio, mientras que si la relación de especto es mucho mayor (Kondic y col., 2009) la inestabilidad progresa uniformemente a lo largo del filamento.En este trabajo se realiza un estudio numérico preliminar del proceso de ruptura de un filamento finito, es decir, considerando sus extremos. Se supone que el hilo posee una configuración inicial cilíndrica, cuya sección transversal es un segmento de círculo. Los extremos del filamento son superficies esféricas con un radio igual al de la superficie cilíndrica central. Por razones de simetría, sólo se analiza un cuarto de esta configuración. El estudio numérico consiste en resolver las ecuaciones 3D de Navier-Stokes para obtener el campo de flujo tanto en el líquido como en el aire inmediatamente circundante, dado que se adopta una metodología del tipo interface capturing para determinar la posición de la superficie libre. En ésta técnica, conocida comúnmente como LevelSet, una variable escalar () se transporta advectivamente con el flujo para determinar si la fase en un punto dado es aire ( = 0) o líquido ( = 1). La ventaja de este tipo de técnicas, frente a otras del tipo Arbitrary Lagrangian-Eulerian, es que permiten seguir la evolución del sistema aún luego de la ruptura del filamento en fragmentos.Los resultados obtenidos de forma preliminar fueron calculados para los mismos parámetros experimentales utilizados en el trabajo de González y col. (2007). Las simulaciones muestran un patrón de rompimiento distinto al experimental, que no progresa desde los extremos hacia el centro. Otras pruebas realizadas muestran una gran sensibilidad de los resultados con el ángulo de contanto. Este mismo comportamiento se observó también en simulaciones realizadas sobre fragmentos de filamentos con condiciones de simetría en sus extremos. En particular, a medida que el ángulo de contacto se disminuyó desde /2 hasta /6 se observó que las tasas de crecimiento eran progresivamente menores en relación con las predicciones teóricas de Diez, González y Kondic (2009). Por lo tanto, la conclusión preliminar de este trabajo es que la técnica de Level-Set no resulta adecuada para analizar el proceso de ruptura de filamentos líquidos apoyados en sustratos sólidos.