Simulaciones numéricas de estabilidad en burbujas de cavitación acústica e inercial.
El colapso violento de burbujas ha demostrado ser un método efectivo de compresión para concentrar energía evidenciado en la posible emisión de luz en condiciones muy particulares de los parámetros que gobiernan el problema. Sin embargo, en el espacio de fases donde dicha figura de mérito aumenta...
Guardado en:
| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2013
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/421/1/1Rechiman.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | El colapso violento de burbujas ha demostrado ser un método efectivo de compresión
para concentrar energía evidenciado en la posible emisión de luz en condiciones muy
particulares de los parámetros que gobiernan el problema. Sin embargo, en el espacio
de fases donde dicha figura de mérito aumenta se inducen inestabilidades que limitan
los procesos de compresión. En este trabajo se estudia la dinámica de burbujas en dos
casos particulares según el campo de presiones del líquido circundante a la misma, y
las posibles inestabilidades que se pueden presentar en cada caso.
En el caso de burbujas excitadas por un campo de presiones periódico impuesto por
ultrasonido, nuestro propósito fue desarrollar un modelo que permita describir la “inestabilidad
de trayectoria” que se presenta en burbujas inmersas en diferentes fluidos
viscosos, y los posibles métodos para suprimir las pseudo-órbitas producto de dicha
inestabilidad. Para ello, se implementó un modelo que de forma acoplada resuelve tanto
la dinámica radial como de traslación que presentan dichas burbujas, resolviendo
completamente las tres escalas temporales involucradas. Para la resolución de la fuerza
de historia, que le atribuye la característica de ecuación integrodiferencial a la ecuaci
ón que representa la dinámica de traslación, se empleó un nuevo método denominado
“método de la ventana”. En este contexto, nuestro modelo es capaz de describir por
primera vez las principales fuerzas hidrodinámicas que actúan sobre una burbuja en
el régimen de respuesta lineal y no lineal inmersas en los principales fluidos de trabajo
empleados en el campo de estudio de Sonoluminiscencia. Asimismo, dicho modelo
permite identificar las regiones del espacio de fases donde se produce la inestabilidad
de trayectoria originada debido a la acción de la fuerza de historia. Mostramos las
características principales del modelo y contrastamos los resultados con predicciones
teóricas existentes y con mediciones experimentales realizadas en nuestro laboratorio,
demostrando consistencia entre ellos. Para poder realizar la comparación entre
los datos experimentales y teóricos, se planteó un esquema iterativo cuyo propósito
es mantener la concentración de gas no condensable disuelta en el líquido constante,
parámetro que es el que efectivamente se controla en los experimentos reales. Asimismo,
la herramienta de cálculo desarrollada permitió estudiar tres posibles métodos independientes
para obtener burbujas espacialmente fijas, condición necesaria para su correcta
caracterización experimental y presumiblemente para maximizar la concentración de
energía. Dichos métodos son: amplitudes de campo de presión de excitación única suficientemente
bajas, emplear un fluido de trabajo altamente desgasado y empleo de la
excitación multi-frecuencia, armónica en la mayoría de los casos. Todos los métodos se
analizan con el modelo numérico en contraste con experimentos, y se muestra bajo que
configuración de parámetros el modelo predice la supresión de pseudo-órbitas.
Por otra parte, en el caso de cavitación inercial en el cual las burbujas de cavitación son
generadas en un campo de presión constante, se estudió cómo limita la inestabilidad de
forma Rayleigh-Taylor las máximas temperaturas que pueden alcanzar los contenidos
de gas dentro de la misma. Asimismo, se desarrolló un esquema de descomposición
en armónicos esféricos del contorno de una burbuja obtenido a partir de información
experimental, compatible con la teoría que predice la ruptura o no de la misma debido
a la mencionada inestabilidad de forma. |
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