Efeitos de molhamento nas instabilidades hidrodinâmicas e em forças adesivas em fluidos confinados

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: ANJOS, Pedro Henrique Amorim
• Orientador(a): MIRANDA NETO, José Américo de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pos Graduacao em Fisica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Filme molhante; Saffman-Taylor; Célula de Hele-Shaw; Levantamento em célula de Hele-Shaw; Força de adesão; Wetting film; Hele-Shaw cell; Lifting flow; Adhesion strength
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/18074

Consideramos o movimento da interface entre dois fluidos viscosos, imiscíveis e incompressíveis confinados em uma célula de Hele-Shaw radial. Quando o fluido de baixa viscosidade é injetado no centro da célula e desloca radialmente o fluido de alta viscosidade, a instabilidade de Saffman-Taylor entra em ação levando ao crescimento de estruturas em formato de dedos. Dependendo da natureza dos fluidos envolvidos, eles podem molhar as paredes da célula de Hele-Shaw, deixando para trás um filme molhante de espessura finita. Diante disso, investigamos a influência da camada de fluido molhante, deixada pelo fluido deslocado, na dinâmica linear e fracamente não-linear do sistema. Mais especificamente, examinamos como a instabilidade da interface e os mecanismos de formação de padrões (bifurcação e competição de dedos) são afetados pela presença da camada de filme molhante no limite de baixo número de capilaridade. Estudamos também uma variação da instabilidade de Saffman-Taylor usual induzida pela injeção: o problema do levantamento em célula de Hele-Shaw. Nossos resultados analíticos indicam que o molhamento tem um impacto significativo nos padrões não-lineares resultantes. Ele é responsável por uma atenuação na variação do comprimento dos dedos, enquanto que induz o aparecimento de estruturas que apresentam dedos pequenos e largos, provenientes do fluido não molhante, alternados por dedos pequenos e finos pertencentes ao fluido molhante. Durante o processo de levantamento, medidas adquiridas pelo teste de adesão quantificam a força adesiva de um fluido viscoso confinado entre placas paralelas. Experimentos e intensas simulações numéricas indicam que a formação de dedos afeta a força de levantamento, promovendo uma diminuição na magnitude da mesma. Concluímos este trabalho propondo um modelo analítico que forneça a força de adesão considerando não só o efeito de dedos da interface, mas também a ação do molhamento e de estresses viscosos normais.