[pt] Filmes finos líquidos desempenham um grande papel em diversas aplicações
cotidianas e são de interesse indiscutível para pesquisadores científicos
e industriais. Evidências de filmes finos são observadas na natureza em grandes
escalas, como avalanches de neve nas montanhas, escoamento de lava em
vulcões e deslizamentos de terra, e em pequenas escalas, como nas vias respiratórias
pulmonares e na superfície dos olhos. Eles também são estão presentes
em muitas aplicações industriais, variando de resistores de filme fino de alta resistência,
atomização, métodos de litografia e várias técnicas de revestimento.
Entender os mecanismos que contribuem para a estabilidade de filmes finos
líquidos é um problema desafiador, pois o escoamento de filmes finos apresenta
uma interface fluido-fluido livre para deformar. A instabilidade de um filme
fino é geralmente impulsionada por forças intermoleculares de longo alcance,
também conhecidas como atrações de van der Waals, e resultam na ruptura do
filme. Investigações numéricas são frequentemente usadas para entender a dinâmica
de ruptura de filmes líquidos finos, abordando a evolução da espessura
do filme usando derivações assintóticas da teoria da lubrificação ou técnicas
de rastreamento de interface. Neste trabalho, uma investigação computacional
da dinâmica de ruptura de um filme fino líquido estacionário com uma interface
viscosa é apresentada. O método Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE)
é usado para rastrear a posição da interface. O comportamento reológico da
interface viscosa é modelado pela lei constitutiva de Boussinesq-Scriven, e a
solução numérica é obtida através da aproximação de elementos finitos. Os resultados
mostram que a estabilidade do filme líquido fino é influenciada tanto
pela reologia da superfície quanto pela atração intermolecular e que o caráter
viscoso da interface retarda a quebra da folha, levando a filmes mais estáveis. / [en] Thin liquid films play a big role in many real-life applications and are of
indisputable interest to scientific and industrial researchers. Evidence of thin
films are observed in nature in large scales such as snow avalanches in the
mountains, lava flows on volcanoes and landslides, and in small scales such as
the pulmonary airways and the eye surface. They are also widespread in many
industrial applications, ranging from high-resistance thin film resistors, atomization,
soft-lithography methods and several coating techniques such as dip,
roll, slot, spin and curtain coating. Understanding the physical mechanisms
contributing to the stability of thin liquid films is a challenging problem, as
thin films flows present a fluid-fluid interface which is free to deform. The interface
is bounded between two liquids or a liquid and a gas, typically having its
own dynamic properties from which interfacial tension effects and complex interfacial
rheological behavior arises. Instability is usually driven by long-range
intermolecular forces, also known as van der Waals attractions, and may result
in the rupture of the layer. Numerical investigation is often used to understand
the breakup dynamics of thin liquid sheets by addressing the evolution of the
film thickness using either asymptotic derivations of the lubrication theory or
interface tracking techniques. In this work, a computational investigation of
the breakup dynamics of a stationary thin liquid sheet bounded by a passive
gas with a viscous interface is presented. The Arbitrary Lagrangian-Eulerian
method (ALE) is used to track the interface position. The rheological behavior
of the viscous interface is modeled by the Boussinesq-Scriven constitutive law,
and the numerical solution is obtained through finite element approximation.
The results show that thin liquid film stability is influenced both by surface
rheology and disjoining effects and that the viscous character of the interface
delays the sheet breakup, leading to more stable films.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:56059 |
| Date | 22 November 2021 |
| Creators | VITOR HEITOR CARDOSO CUNHA |
| Contributors | MARCIO DA SILVEIRA CARVALHO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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