Simulación de chorros capilares compuestos con Ansys

Abstract

Este Trabajo de Fin de Grado trata sobre la generación de gotas con estructura interna controlada a partir de la rotura natural (no forzada) de chorros capilares compuestos (concéntricos). La novedad de este estudio reside en que ha sido realizado íntegramente utilizando simulación numérica, siguiendo las últimas tendencias en el campo, verificándose exhaustivamente la convergencia y sensibilidad de los resultados respecto a la selección de métodos y parámetros numéricos de modelización y reconstrucción (por ejemplo, de la entrefase entre los diversos fluidos). Entre los resultados principales de este estudio destaca la capacidad predictiva del método propuesto respecto al rendimiento de encapsulación, esto es, la cantidad de producto que finalmente acaba cubierto por fluido encapsulante, para una cierta selección paramétrica de condiciones de operación. Este resultado ha sido detalladamente comparado con el más reciente trabajo publicado internacionalmente en este mismo campo y siguiendo también métodos numéricos (Vu et al. 2012). Nuestro estudio demuestra que la capacidad predictiva del procedimiento usado por Vu et al. 2012 falla catastróficamente en comparación con ciertos resultados exprimentales, demostrándose que es absolutamente fundamental asegurar simultáneamente la convergencia y la sensibilidad del método para conseguir un grado de predicción satisfactorio. Así, se concluye con una serie de indicaciones sobre las mejores combinaciones paramétricas para conseguir un óptimo rendimiento no sólo en la encapsulación, sino también en el uso del propio producto encapsulante.

This Final Project is about the generation of droplets with controlled internal structure by using the (unforced) natural breakup of concentric capillary jets compounds. The novelty of this study is that it was entirely made using numerical simulation, following the latest trends in the field, thoroughly checked for convergence and sensitivity of the results regarding the selection of methods and numerical modeling parameters and reconstruction (for instance, when dealing with the interphase between the different fluids). The main results of this study highlight the predictive capacity of the proposed method regarding the performance encapsulation procedure, i.e., the amount of product finally encapsulated depending on the choice of operational conditions. This result has been carefully compared with the most recent internationally published works in this field and also following numerical procedures (Vu et al. 2012). Our study demonstrates that the predictive ability of the method used by Vu et al. 2012 fails to be accurate under certain experimental conditions, showing that it is absolutely essential to simultaneously ensure convergence and sensitivity of the method to achieve a satisfactory degree of prediction. Thus, we conclude with a series of guidelines on the best parametric combinations for optimal performance not only in the encapsulation, but also in the use of the encapsulating product itself.