Estudio numérico de chorros capilares a bajas velocidades

Abstract

El objetivo del trabajo es el desarrollo de un estudio numérico acerca de los chorros capilares. Concretamente se centrará en el régimen de jetting, en el cual una columna de agua se rompe en gotas debido a la acción de las fuerzas de tensión superficial. Se buscará obtener una relación entre la longitud a la cual se produce la ruptura y la velocidad con la que emana el chorro del orificio de salida. Para completar el estudio, se sondea la velocidad en diferentes puntos a lo largo del chorro con el fin de comparar la frecuencia de oscilación de dicha magnitud con la de la citada longitud de ruptura. Para simular el problema en cuestión se empleará el software COMSOL Multiphysics, sobre el que se realizará una explicación detallada de su uso, y se valorará su eficacia en la resolución de problemas de esta índole. En primer lugar, se expondrán las ecuaciones y condiciones que rigen el comportamiento del chorro capilar, así como las hipótesis consideradas en el estudio del mismo y su correspondiente justificación, además de la geometría asociada al objeto bajo estudio. Seguidamente se hará una descripción detallada de proceso de implementación en COMSOL del problema en cuestión, atendiendo especialmente a aspectos claves como la física y el mallado. Una vez generados los resultados, se analizarán y se compararán con la intención de obtener una conclusión acerca del comportamiento de chorros en el régimen de jetting y la fiabilidad de la misma atendiendo a la precisión del software.

The purpose of this study is the development of a numerical study about capillary jet. Specially it is focused on the jetting regime, where a water stream splits into droplets due to the action of surface forces. An attempt to find a relation between breakup´s length and the velocity at the beginning of the jet will be made. To finish this study the velocity at different points along the jet will be measured with the aim of comparing the oscillation frequency of this magnitude with breakup length’s. The selected software to simulate this problem was COMSOL Multiphysics. Based on which a detailed explanation of its use will be done and its effectiveness in solving such problems will be assessed. In the first place the equations and conditions that govern the behavior of the capillary jet will be established, as well as the hypotheses considered in its study and its corresponding justification, in addition to the geometry associated to the object under study. Next, a detailed description of the COMSOL implementation process of the problem will be made, paying special attention to key aspects such as physics and meshing. Once the results have been generated, they will be analyzed and compared in order to draw a conclusion about the behavior of jets in the jetting regime and its reliability, taking into account the accuracy of the software.