Transiciones de flujo de solución de polímero y leyes de escala para cambiar las relaciones de contracción en...

Área de la Ciencia:

• Dinámica de fluidos
• Reología
• Microfluidos

Sus antecedentes:

• Los flujos a escala de poros a través de contracciones y expansiones son cruciales en la geoingeniería, la microfluídica y el procesamiento de materiales.
• Las soluciones poliméricas pueden exhibir inestabilidades de flujo debido a propiedades reológicas no lineales, incluso en flujos de arrastre.
• La geometría de flujo influye significativamente en la interacción entre el corte y la cinemática extensional.

Objetivo del estudio:

• Investigar las respuestas de flujo al cambio de la anchura de constricción y la relación de contracción (CR) en los microcanales de constricción plana.
• Examine el comportamiento del agua y tres soluciones de polímero distintas: goma de xantano, óxido de polietileno (PEO) y poliacrilamida.
• Analizar el impacto de la CR en la desestabilización del flujo y la dinámica de los vórtices.

Principales métodos:

• Investigación experimental de flujos de escala de poros en microcanales de constricción plana.
• Variación sistemática del ancho de constricción para alterar la relación de contracción (CR).
• Prueba con agua y tres soluciones de polímeros con diferentes propiedades reológicas (disminución del corte, viscoelástica).

Principales resultados:

• Los flujos de contracción y expansión generalmente se desestabilizan con el aumento de CR para la mayoría de los fluidos.
• Las soluciones de óxido de polietileno (PEO) muestran una dependencia no monotónica del inicio de la inestabilidad y la longitud del vórtice en CR.
• Otros fluidos exhiben una dependencia de orden fijo de la longitud del vórtice en CR, determinada por la reología del fluido.

Conclusiones:

• La geometría del canal, específicamente el ancho de constricción y CR, juega un papel crítico en la estabilidad del flujo a escala de poros.
• La respuesta no monótona única de las soluciones PEO pone de relieve la compleja interacción entre la viscoelasticidad y la geometría.
• Los hallazgos son valiosos para el diseño de dispositivos microfluídicos y la optimización de procesos como la mezcla mejorada, la recuperación de materiales y el secuestro.