Estabilización de las inestabilidades líquidas con chorros de gas ionizado

Área de la Ciencia:

• Dinámica de fluidos
• Física del plasma
• Ciencias de la superficie

Sus antecedentes:

• Los chorros de gas crean cavidades superficiales líquidas estables a través de un equilibrio de fuerzas.
• El aumento de la velocidad del chorro de gas conduce a la inestabilidad de la cavidad, incluidas las inestabilidades de Rayleigh y Kelvin-Helmholtz.
• La estabilidad hidrodinámica de las cavidades gas-líquido sigue siendo poco explorada a pesar de su importancia práctica.

Objetivo del estudio:

• Para demostrar la estabilización de las cavidades superficiales líquidas utilizando gas débilmente ionizado.
• Investigar el papel del flujo de gas electrohidrodinámico (EHD) en la dinámica de las cavidades.
• Para explorar la interacción entre el plasma y la materia dieléctrica deformable.

Principales métodos:

• Se llevaron a cabo experimentos de shadowgraph para visualizar la formación y la estabilidad de la cavidad.
• Se emplearon modelos computacionales de fluido y plasma de dos fases para el análisis detallado.
• El estudio se centró en la dinámica interfacial relevante para el flujo de gas EHD, específicamente el "viento eléctrico".

Principales resultados:

• Los chorros de gas débilmente ionizados, particularmente las balas de plasma, expanden las cavidades sin desestabilizarse.
• El flujo de EHD del plasma ejerce una mayor fuerza sobre la superficie del líquido que los chorros de gas neutro.
• El flujo de gas EHD bidireccional y los campos eléctricos paralelos dentro de la cavidad mejoran la estabilidad de la superficie.

Conclusiones:

• Las fuerzas inducidas por el plasma pueden estabilizar las superficies líquidas contra las inestabilidades de impacto del chorro de gas.
• Se reveló una nueva interdependencia entre gases débilmente ionizados y materia dieléctrica deformable.
• Esta investigación ofrece información sobre las interacciones plasma-líquido y los fenómenos de EHD.