Experimental and numerical studies on microfluidic systems
- Autores: Ahmed Said Mohamed Ismail
- Directores de la Tesis: Miguel Angel Herrada Gutiérrez (dir. tes.), José María López-Herrera Sánchez (dir. tes.), Alfonso Miguel Gañán Calvo (tut. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Roberto Piriz (presid.), Pascual Riesco Chueca (secret.), Stéphane Popinet (voc.), José María Montanero Fernández (voc.), Rafael Castrejón-García (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Mecánica y de Organización Industrial por la Universidad de Sevilla
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
El trabajo presentado en esta tesis se puede resumir como una compilación de cinco estudios diferentes e integrales en el campo de flujos de microfluidos, relacionados con la formación de chorros, gotas y burbujas; donde la tensión superficial juega un papel importante. Los temas estudiados se clasifican en los capítulos en los que se presenta en forma individual la formulación del problema, los procedimientos y resultados.
El capítulo 2 está dedicado a entender la evolución de chorros capilares newtonianos y para estudiar la transición de inestabilidad de chorros viscoelásticos bajo perturbaciones axilsimétricas. Un modelo matemático se ha utilizado para determinar las condiciones de los parámetros para los cuales la transición de inestabilidad convectiva a absoluta se lleva a cabo, prestando una atención especial al papel desempeñado por la tensión elástica axial no relajada. El capítulo 3 presenta los resultados de un estudio numérico de riachuelos en microcanales para caracterizar los regímenes estables e inestables. El marco de trabajo teórico y análisis de estabilidad se presentan en detalle. Se encontró que un flujo básico puede convertirse en inestable cuando esta cantidad excede de un cierto valor crítico, mientras que el resto de los parámetros que gobiernan el problema permanecen constantes. Capítulo 4 discute un proceso omnipresente en la ciencia y la tecnología - la disolución de microburbujas. Al igual que en los capítulos anteriores, los enfoques teóricos y numéricos detallados se desarrollan desde cero, que culminaron en una serie de experimentos cuidadosamente realizados. Los resultados numéricos y experimentales concuerdan satisfactoriamente y se complementan entre si. Seguidamente, en el capíitulo 5, se estudia la irrupción eléctrica de gotas líquidas pendientes. El tema central del estudio aquí es el comportamiento de gotas pendientes súbitamente electrificadas en líquido dieléctrico. Con el apoyo de resultados numéricos y experimentales, argumentamos que la viscosidad del fluido circundante es responsable del desarrollo de los procesos de chorro más complejas, como el régimen llamado ''Splashing'' en la que la punta del cono explota en una estructura con forma de seta y el régimen ''Splitting''. Por otra parte, cuando el cono se encuentra en uno de estos modos se comporta de tal manera que depende de las grandes propiedades de escala, tales como el tamaño inicial de la gota y así como de la tensión aplicada. Así, además del mecanismo bien establecido (universal) del ''tip streaming'', se han descubierto estos nuevos modos que abren un nuevo camino en el comportamiento del fenómeno fisico conocido como Electrospray. Por último, en el capítulo 6 se presenta una serie de simulaciones numéricas y experimentos realizados con un excelente acuerdo entre ambos. Se analiza un novedoso método de produccón de gotas de tamaño significativamente menor que el orificio del cual emergen. Se presenta una discusión muy detallada de la plataforma experimental, incluidos los parámetros importantes que deben tenerse en cuenta, como el menisco formado en el orificio y la deformación de la placa de la placa del mismo durante los pulsos de presión. Finalmente, se obtuvo una ley de escala de la predicción del tamaño de las gotas producidas.
