Título :	"MODELACIÓN DEL PROCESO DE ROMPIMIENTO DE GOTA EN EMULSIONES DURANTE EL FLUJO A TRAVÉS DE CAPILARES CON CONSTRICCIÓN"
Autor(es):	Jose Antonio Quevedo Tiznado
Palabras clave:	flujo a escala de poro microfluídica criterio dinámico de ruptura de gota métodos pseudo-espectrales pore scale flow microfluidics dynamic snap-off criteria pseudo- spectral methods
Área:	INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA
Fecha de publicación :	nov-2017
Facultad:	Facultad de Ingeniería
Programa académico:	Doctorado en Ingeniería
Resumen:	"Durante el flujo bifásico inmiscible en medios porosos, cuando el fluido mojante es desplazado por otro fluido en un capilar con constricción, la fase desplazada deja una película delgada en la pared, la cual puede aumentar su espesor y romper la continuidad de la otra fase. Este fenómeno es conocido como rompimiento de gota o snap-off, y es uno de los principales mecanismos de formación de emulsiones dentro del medio poroso. En esta tesis se analiza teórica y experimentalmente el rompimiento de gota durante el flujo a través de capilares con constricción en sistemas que involucran líquidos y gases. El enfoque teórico aquí planteado se divide en dos temas principales: uno es la resolución de modelos matemáticos que describen la evolución de la interfase entre los fluidos hasta que ocurre el rompimiento de gota; el otro consiste en la determinación a priori, mediante los llamados criterios de ruptura, de las condiciones de flujo en las que ocurre o se inhibe el rompimiento de gota. Para el primer planteamiento se propone un marco de trabajo basado en métodos pseudo-espectrales de series de Fourier con el que son resueltos los modelos de rompimiento de gota para diferentes tipos de interfases. Los resultados de la modelación matemática utilizando este marco de trabajo unificador concuerdan aceptablemente con los reportados en la literatura. En cuanto a los criterios de ruptura, se establecieron formulaciones empíricas para condiciones dinámicas de flujo basadas en el análisis del número capilar límite, en el cual se inhibe el snap-off, considerando el efecto que tiene en éste la tasa de viscosidades. Por otra parte, se expone la metodología con la que se realizaron una serie de experimentos de microfluídica, consistentes en la inyección de emulsiones monodispersas (aceite / agua) a través de un microdispositivo transparente formado de una red de microcanales cilíndricos, el cual es monitoreado con un microscopio óptico con cámara digital de alta velocidad. Se presentan los resultados de diferentes casos de estudio definidos por la relación del tamaño de gota con el tamaño de las constricciones del medio, bajo el mismo régimen de flujo e igual concentración." "During the immiscible two-phase flow in porous media, when the wetting fluid is displaced by another fluid in a constricted capillary, the displaced phase leaves a thin film in the wall, which can increase its thickness and break the continuity of the other phase. This phenomenon is known as drop breakup or snap-off, and is one of the main mechanisms of emulsion formation within the porous medium. In this thesis, the drop breakup during the flow through capillaries with constriction in systems involving liquids and gases, is analyzed theoretical and experimentally. The theoretical approach proposed here is divided into two main themes: one is the resolution of mathematical models that describe the evolution of the interface between the fluids until the snap-off is achieved; the other consists of a priori determination, by means of the so-called breakup criteria, of the flow conditions in which the snap-off occurs or is inhibited. For the first approach, we propose a framework based on pseudo-spectral methods of Fourier series with which the models for drop breakup are solved for different types of interfaces. The results of the mathematical modeling, using this unifying framework, agree acceptably with the the reported in the literature. Regarding the breaking criteria, empirical formulations were established for dynamic flow conditions based on the analysis of the capillary number upper limit, in which the snap-off is inhibited, considering the effect of the viscosity ratio. On the other hand, the methodology with which a series of microfluidic experiments were carried out, consisting of the injection of monodisperse emulsions (oil / water) through a transparent microdevice formed by a network of cylindrical microchannels, which is monitored with an optical microscope with a high-speed digital camera. The results of different case studies are presented, which are defined by the relation of the drop size with the size of the constrictions of the medium, under the same flow regime and the same concentration."
URI:	http://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/1385
Aparece en:	Doctorado en Ingeniería

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