Análisis de la deformación en 2D de la superficie del agua al variar su tensión superficial durante la caída de un disco sólido - Cáliz Reyes, Cristian (Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, 2019)
There are many processes in nature and industrial processes in which a liquid and a solid interact themselves, such as when a solid impact on a liquid, or a liquid impacts on a solid. One of the main goals of the research is to quantify the observable changes in the fluid response when its surface tension is reduced. Deformations on a water surface impacted by a solid were analyzed. As part of the simplification of this study, the liquid was confined into a vertical rectangular cell with a reduced thickness. Therefore, the interface deformations were induced within a quasi-2D confined system, where the liquid could move mainly in 2 dimensions and under the influence of gravity. Dropping a solid disc that impacts on the water surface induced the deformations inside the quasi-2D cell. Different aqueous solutions were analyzed in which the water surface tension was varied. Three fluid structures can be identified as surface deformations in the liquid are induced: First, a splash crown is formed when the solid impacts. Then, an air cavity is formed when the solid enters and descends through the liquid. Finally, a jet is ejected as the cavity is closing. The impact velocity of the disc, the maximum cavity depth, the angle of the cavity, and the maximum height of the jet were determined by using image analysis. To analyze the effect of surface tension on surface deformation, a region of low impact velocities (for low Froude numbers from 0 to 5) was considered in this research.

Existen muchos procesos en la naturaleza y en diferentes procesos industriales en donde interactúan un líquido y un sólido, ya sea cuando un sólido golpea a un líquido, o un líquido golpea a un sólido. Uno de los objetivos principales de la investigación se centra en cuantificar los cambios observables en la respuesta del fluido cuando se reduce su tensión superficial. Se realizó un análisis de las deformaciones que se presentan en la superficie del agua cuando es impactada por un sólido. Como parte de la simplificación del estudio, se confinó el líquido en una celda rectangular vertical de espesor reducido. De tal manera que las deformaciones en la interface fueron inducidas dentro de un sistema confinado cuasi 2D, en donde el líquido podría desplazarse principalmente en 2 dimensiones y bajo la influencia de la fuerza de gravedad. Para generar las deformaciones se empleó un disco sólido que al dejarlo caer dentro de la celda cuasi 2D golpeaba la superficie del líquido. Se analizaron diferentes soluciones acuosas en las que se varió la tensión superficial del agua. Se pueden identificar tres estructuras fluidas al inducirse deformaciones superficiales en el líquido: Primeramente, se forma lo que se conoce como corona del splash cuando el sólido impacta la superficie. Posteriormente, se forma una cavidad de aire cuando el sólido entra al líquido y desciende a través de él. Finalmente, un jet sale expulsado a medida que la cavidad se va cerrando. Mediante análisis de imágenes se determinó la velocidad de impacto del disco, la profundidad máxima de la cavidad, el ángulo en la cavidad, así como la altura máxima del jet. Para analizar el efecto de la tensión superficial sobre la deformación superficial, en esta investigación se consideró una región de velocidades de impacto bajas (para números de Froude bajos de 0 a 5).
Facultad de Ingeniería Mecánica. Maestría Ciencias en Ingeniería Mecánica
Keywords: info:eu-repo/classification/cti/7; FIM-M-2019-0556; Bidimensional; Tensión superficial; Surfactante; http://bibliotecavirtual.dgb.umich.mx:8083/xmlui/handle/DGB_UMICH/5557