[pt] Filmes finos de líquidos estão presentes em uma gama de aplicações industriais, como processos de atomização e revestimento de substrato. O processo de quebra pode ser divido em duas etapas: o estágio de ruptura, e o estágio de retração. O primeiro, movido pelas forças de van der Waals, ocorre quando uma pequena perturbação cresce e provoca o aparecimento de um pequeno furo no filme. O segundo, movido por forças capilares, provoca o crescimento desse furo levando à desintegração do filme de líquido.
A estabilidade de uma cortina de líquido depende das características da perturbação, da espessura do filme e das propriedades do fluido. Análises experimentais mostraram que uma cortina super fina pode ser obtida
pela utilização de fluidos viscoelásticos. Os mecanismos físicos associados à esta estabilidade, contudo, não são totalmente compreendidos. Este trabalho apresenta um estudo numérico e teórico dos efeitos das propriedades viscoelásticas na estabilidade de uma cortina de fluido, englobando ambos os estágio do processo. As análises numéricas foram desenvolvidas através da expansão assintótica das variáveis do escoamento com aplicação de um esquema de integração no tempo totalmente implícito. A partir da análise
teórica da dinâmica de ruptura foi possível obter um critério de estabilidade linear para perturbações planares e axissimétricas em fluidos Newtonianos e não-Newtonianos. O tempo de ruptura e a velocidade de retração do filme foram calculados numericamente como função das propriedades viscoelásticas
do líquido. Resultados mostraram que as forças elásticas atuam de forma a dificultar o processo de quebra e retração. Análises da evolução da espessura mostraram que as propriedades reológicas do fluído também
interferem no formato que o filme de fluido assume durante o processo de retração. Para regimes de baixa viscosidade, as forças elásticas atuaram evitando a formação de ondas capilares observadas em fluidos Newtonianos. / [en] Thin free liquid sheets are ubiquitous in many industrial processes, such as atomization and curtain coating. Liquid sheets are susceptible to instabilities at the interface, which can grow, triggering a breakup process. This process can be divided into two different stages: the rupture stage and retraction. The first, driven by van der Waals force, occurs when a small instability grows until it pinches-off the sheet. The second, driven by capillary forces, induces the growth of the hole caused by the pinch-off, leading to the full disintegration of the liquid sheet. The stability of a liquid sheet depends on disturbance characteristics, sheet thickness, and fluid properties. Experimental analyses have shown that thinner stable liquid curtain can be obtained with viscoelastic liquids. The underlyning physical mechanisms associated with increased stability are, however, not fully understood. This work presents a theoretical and numerical analysis of the effect of viscoelasticity on the stability of a thin liquid sheet during both stages of the breakup process. We first analyze the rupture dynamics, deriving linear stability criteria for both planar and axisymmetric perturbations of Newtonian and Oldroyd-B liquids. The time evolution of planar and axisymmetric perturbations in an Oldroyd-B liquid sheet is evaluated using the asymptotic expansion of the flow variables and a fully-implicit time integration scheme. The rupture time and retraction velocity are calculated as a function of the viscoelastic properties. The results show that the liquid rheological behavior does not influence the linear stability criterion. Nevertheless, it has a strong effect on the growth rate of the disturbance and retraction velocity, increasing, thus, the breakup time. The results show that elastic forces act to hinder the rupture and retraction stages. Analysis of the temporal evolution of the thickness profile reveals that liquid rheological behavior also affects the shape of the liquid sheet. For low viscosity regime, the elastic forces damp the capillary waves that arise during the retraction of Newtonian sheets.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:34574 |
| Date | 26 July 2018 |
| Creators | MARISA SCHMIDT BAZZI |
| Contributors | MARCIO DA SILVEIRA CARVALHO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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