Macro cavidades em líquidos: visualização e fenomenologia

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Pereira, Pedro Augusto Fernandes
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Equilíbrio metaestável; Expansão de bolha unidimensional; Formação de jatos; Jet formation; Macro cavidades; Macro cavities; Metastable equilibrium; One-dimensional bubble expansion
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18147/tde-12012019-182428/

Devido à importância de cavidades de vapor em meios líquidos, para áreas como transferência de calor e de escoamento em tubos (nos quais elas podem causar sérios danos), o processo de formação e colapso de bolhas tem sido largamente estudado, e boa parte do que ocorre em escala micro já foi reportado. Nos últimos anos, novos estudos no campo têm demonstrado que cavidades de diâmetro não desprezível (chegando a dezenas de centímetros), podem ser geradas em condições controladas. O mecanismo dos experimentos de formação dessas cavidades se aproveita do fato de que substâncias puras (ou quase puras) podem ser mantidas como líquido em temperaturas bem acima das de mudança de fase, e a transição de fase propriamente dita necessita de um mecanismo facilitador ou um ponto de iniciação, de modo que um estado superaquecido pode ser mantido por muito tempo até que essa condição seja alcançada, gerando uma mudança de fase extremamente rápida, e muitas vezes explosiva. As chamadas macro cavidades, geradas por esse processo, possuem uma dinâmica geral de formação e colapso bem semelhante as que ocorrem em escala micro, porém uma série de outros aspectos podem ser observadas nas mesmas, tais como formação de jato central e de película de líquido ascendente junto a parede. Esses aspectos específicos do escoamento, embora descritos em trabalhos anteriores, ainda não foram completamente compreendidos, e se mostram como um desafio na reprodução dos experimentos e na quantificação de força útil gerada. Dessa forma, este estudo se propõem ao melhor entendimento desses detalhes específicos acerca das macro cavidades. Através de filmagens em alta velocidade dos experimentos, e da análise dos dados gerados por essas filmagens, foi realizada uma análise dos mecanismos envolvidos na formação dos jatos centrais e dos filmes ascendentes, comparando a forma como esses efeitos se dão para o caso de macro cavidades com o relatado na bibliografia para casos semelhantes. A fim de facilitar a compreensão da física por trás dos mecanismos de amplificação de ondas, um modelo simplificado da instabilidade de Rayleigh-Taylor aplicado ao fenômeno também foi abordado.