Las burbujas son una parte esencial de muchas aplicaciones industriales, como la formación de espuma, la purificación del agua y la extracción de petróleo y gas. Para comprender los efectos de las burbujas en estos sistemas, los investigadores de la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación A * STAR, Singapur, han desarrollado un modelo de computadora que predice exactamente cómo se elevan a través de líquidos e impactan en superficies sólidas.
La dinámica de las burbujas es sorprendentemente compleja, influenciada por procesos en escalas de longitud de micrómetro a milímetro, y en escalas de tiempo que van desde milisegundos hasta varios segundos. La interfaz entre el aire dentro de una burbuja y el líquido circundante, y la velocidad terminal de ascensoambas burbujas cambian considerablemente dependiendo de la composición del líquido. Luego, cuando una burbuja golpea una superficie sólida, la película de líquido que drena del sólido puede formar formas complicadas que son difíciles de predecir.
Una solución completa de este problema requeriría resolver las ecuaciones no lineales de Navier-Stokes, una tarea que incluso una supercomputadora tardaría semanas en completarse. Entonces, Rogerio Manica en el Instituto A * STAR de Computación de Alto Rendimiento y compañeros de trabajodesarrolló un 'modelo de equilibrio de fuerza' más simple en el que se consideran fuerzas como la flotabilidad y la resistencia junto con la teoría de la lubricación para modelar la película de líquido de drenaje.
"Nuestro objetivo era proporcionar el modelo más simple que pueda capturar la física del problema", explica Manica. "En la dinámica de fluidos, la mayoría de las veces, es saber qué efectos pueden descuidarse y qué efectos deben incluirse,en lugar de la potencia bruta de la computadora, eso determina si un modelo puede representar datos experimentales con precisión ".
Utilizaron datos reales de observaciones de burbujas de cámaras de alta velocidad para proporcionar algunas condiciones límite en sus simulaciones y pudieron ejecutar su modelo simplificado en segundos usando una computadora de escritorio normal.
"Nuestro modelo contiene todos los ingredientes físicos principales del sistema, y de hecho nos sorprendió lo bien que funcionó en comparación con los datos experimentales", dice Manica. "También tiene un gran poder predictivo, porque los parámetros no están ajustadosa cualquier conjunto de datos "
El equipo espera que sus resultados abran posibilidades para futuras investigaciones, por ejemplo, modelar la interacción entre burbujas y superficies deformables. Esto incluiría burbujas que colisionan con el límite de separación entre el petróleo y el agua, un problema apremiante para la industria petrolera.El equipo también extenderá su modelo para considerar los impactos oblicuos de las burbujas y los efectos de las burbujas deslizándose a lo largo de una superficie
Los investigadores afiliados a A * STAR que contribuyen a esta investigación son del Instituto de Computación de Alto Rendimiento. Para obtener más información sobre la investigación del equipo, visite la página web del departamento de Dinámica de Fluidos.
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Materiales proporcionado por Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación A * STAR . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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