Estudio de la rotura de gotas y burbujas en flujos a altos números de Reynolds

Resumen

La rotura turbulenta de partículas (gotas y burbujas) dista mucho de ser un fenómeno bien comprendido. La propia física de la interacción partícula-turbulencia presenta numerosos puntos oscuros, como consecuencia de lo cual no existen a día de hoy modelos cien por cien fiables que permitan predecir la evolución de la distribución de partículas en flujos turbulentos de interés en la ciencia o la tecnología. En un proceso de atomización turbulenta, las fuerzas de presión fluctuantes propias de este tipo de flujos que tienden a fragmentar la gota o burbuja encuentran la oposición de la tensión superficial, que trataría de mantenerla esférica. El cociente entre el orden de magnitud de ambos esfuerzos recibe el nombre de número de Weber, y es el parámetro fundamental en atomización turbulenta. La primera parte de esta tesis consiste en una investigación experimental del régimen de números de Weber moderados. El flujo en el que se realizan los experimentos es un chorro libre turbulento. Este flujo presenta varias ventajas respecto a los reactores agitados típicamente empleados en la literatura: la primera es que si el tamaño de las burbujas cae dentro del subrango inercial del espectro de energía, cerca del eje del chorro la turbulencia es prácticamente isótropa y homogénea. Además, puesto que en el eje del chorro la cortadura es nula y no existen superficies sólidas, se puede considerar que la rotura de las partículas es puramente turbulenta. Por otra parte, el chorro libre es un flujo ampliamente estudiado en la literatura y de fácil caracterización experimental. La medición de las propiedades de la rotura turbulenta se realiza mediante técnicas de análisis de imágenes. Estas técnicas, además de ser no intrusivas, permiten caracterizar flujos en los que las partículas sean fuertemente irregulares, a diferencia de lo que ocurre con otros métodos de medida como por ejemplo la anemometría de desfase