Resumen de Instabilities in vibrated fluids and manipulation of liquids in microgravity: theory and experiment
Esta Tesis presenta una investigación teórica y experimental detallada de fluidos vibrados en microgravedad. Los resultados describen distintos fenómenos interfaciales, así como su interacción y coexistencia. En microgravedad, es esta interacción y coexistencia el reflejo de la respuesta aumentada de sistemas fluidos a la aplicación de vibraciones, y sugiere su uso para control y manejo activo de estos sistemas, un problema fundamental en misiones espaciales.
Se estudia la dinámica de ondas de superficie subarmónicas, por su relevancia en experimentos de ondas cross-waves, confirmando su aparición vía bifurcación tipo Hopf y modulación temporal, y en experimentos en microgravedad, donde se manifiestan como inestabilidad secundaria. Desde un punto de vista de selección de patrón interfacial, se analiza la inestabilidad de frozen waves y las estructuras columnares asociadas en microgravedad. Resultados específicos muestran la influencia sobre distintas características de la inestabilidad (umbral, selección de modos y transiciones, simetría, etc.) de un tamaño finito de contenedor y la orientación del eje de vibración respecto a la interfaz inicial, efectos inherentes a cualquier experimento, y el nivel de gravedad. Además, se demuestra la excitación secundaria de ondas tipo Faraday wave, y su desestabilización y consiguiente aparición del fenómeno drop ejection.
En cuanto a control activo de fluidos, el alineamiento perpendicular al eje de vibración característico de las superficies de vibroequilibria es especialmente relevante y sugiere, en cierto modo, gravedad artificial. Experimentos en gravedad reducida indican evidencia clara del efecto de vibroequilibria en geometría cilíndrica y rectangular, y en fluidos con distintas propiedades interfaciales y de contacto. Los resultados demuestran la tendencia general de las soluciones de vibroequilibria hacia el alineamiento perpendicular mencionado anteriormente, y confirman las predicciones teóricas y numéricas en el espacio de parámetros experimentales explorado.
Esta Tesis contribuye a la mejora del conocimiento en fluidos vibrados en microgravedad. La evaluación conjunta de los resultados sugiere que el uso de vibraciones para control activo de fluidos es posible. En línea con esta conclusión y motivado por la crisis ambiental de los microplásticos, el grupo de investigación está inmerso actualmente en el análisis del transporte de partículas a través de interfaces fluidas vibradas. Este objetivo se enmarca dentro de un proyecto más amplio que pretende investigar la absorción de microplásticos por criaturas marinas o, el problema análogo de la absorción de partículas de polvo a través de la piel; de relevancia para el futuro de la exploración espacial tripulada.
