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dc.creatorKarp, Joel Robert-
dc.date.accessioned2022-04-12T17:44:12Z-
dc.date.available2022-04-12T17:44:12Z-
dc.date.issued2021-12-15-
dc.identifier.citationKARP, Joel Robert. The dynamics of compound drops rising in a quiescent viscous fluid. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27973-
dc.description.abstractCompound drops are fluid particles composed by more than one fluid phase. Their complex structure governs their dynamic behavior, whose knowledge is of the utmost importance in several multiphase flow applications. The present work is devoted to the analysis of the gravitational motion of millimeter-sized gas-liquid compound drops in a quiescent viscous fluid at high Reynolds numbers, from 70 to 700 roughly, by means of flow visualization techniques. With this aim, experiments in an isothermal environment employing the high-speed shadowgraph and particle image velocimetry (PIV) techniques were conducted in the Flow Visualization Laboratory within the premises of the Multiphase Flow Research Center (NUEM – UTFPR). The influence of the properties of the fluids and the geometry of the compound drop was investigated by employing different fluids (silicone, corn, and mineral oils) and altering the size of the internal bubble. Two rising regimes were identified based on a critical range of diameter ratios, namely the rectilinear and the oscillatory motions. The governing effects of each motion regime were discussed. The compound drops preserved their spherical shape through all the measurements, suggesting that the internal fluid movement might play an essential role in the motion transition. The oscillatory behavior is described by the orientation angles of the phases of the compound drop that follow a pendular-like motion. The internal bubble reduces the viscous dissipation and the drag coefficient presented intermediate values compared to single-fluid drops and bubbles. The unsteadiness of the wake is at the onset of path instabilities. When the size of the bubble exceeds a critical value, the symmetry of the wake is lost due to the increased vorticity. The Strouhal number showed a different evolution compared to bubbles, drops, and spheres, revealing different mechanisms of oscillations. These observations are corroborated by mechanistic modeling and supported by the experimental data.pt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/pt_BR
dc.subjectSoluções de viscosidadept_BR
dc.subjectDinâmica dos fluidospt_BR
dc.subjectFluxo viscosopt_BR
dc.subjectEscoamento multifásicopt_BR
dc.subjectHidrodinâmicapt_BR
dc.subjectViscosity solutionspt_BR
dc.subjectFluid dynamicspt_BR
dc.subjectViscous flowpt_BR
dc.subjectMultiphase flowpt_BR
dc.subjectHydrodynamicspt_BR
dc.titleThe dynamics of compound drops rising in a quiescent viscous fluidpt_BR
dc.title.alternativeDinâmica de gotas compostas escoando em um fluido viscoso estagnadopt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR
dc.description.resumoGotas compostas são partículas fluidas compostas por mais de um fluido. Sua estrutura complexa rege seu comportamento, cujo conhecimento é de importância em vários cenários envolvendo escoamento multifásico. O presente trabalho é dedicado à análise do movimento gravitacional de gotas compostas gás-líquido de tamanho na ordem de milímetros com alto número de Reynolds, aproximadamente de 70 a 700, em um fluido viscoso quiescente por meio de técnicas de visualização de escoamento. Para tanto, experimentos em ambiente isotérmico utilizando as técnicas de aquisição de imagens em alta velocidade e velocimetria de imagem de partículas (PIV) foram conduzidos no Laboratório de Visualização de Escoamentos nas dependências do Núcleo de Escoamento Multifásico (NUEM – UTFPR). A influência das propriedades dos fluidos e da geometria da gota composta foi investigada empregando diferentes fluidos (óleos de silicone, milho, e mineral) e alterando o tamanho da bolha interna.Dois regimes ascendentes foram identificados com base em uma faixa crítica de razão de diâmetro, a saber, os regimes retilíneo e oscilatório. Os efeitos governantes em cada regime de movimento foram discutidos. As gotas compostas preservaram sua forma esférica em todas as medições, sugerindo que o escoamento interno pode desempenhar um papel essencial na transição do movimento. O comportamento oscilatório é descrito pelos ângulos de orientação das fases da gota composta que seguem um movimento pendular. A bolha interna reduz a dissipação viscosa e o coeficiente de arrasto apresentou valores intermediários em relação às gotas e bolhas monofluido. A instabilidade da esteira é sugerida como a origem física das instabilidades na trajetória. Quando o tamanho da bolha excede um valor crítico, a simetria da esteira é perdida devido ao aumento da vorticidade. O número de Strouhal apresentou uma evolução diferente em comparação com bolhas, gotas e esferas, revelando diferentes mecanismos de oscilação. Essas observações são corroboradas por modelagem mecanicista e suportadas por dados experimentais.pt_BR
dc.degree.localCuritibapt_BR
dc.publisher.localCuritibapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0001-5110-4123pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/8374035691318538pt_BR
dc.contributor.advisor1Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/ 0000-0003-3297-7361pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5156573817670917pt_BR
dc.contributor.referee1Sum, Amadeu Kun Wan-
dc.contributor.referee1Lattes.pt_BR
dc.contributor.referee2Silva, Fabricio Soares da-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/9601989797504600pt_BR
dc.contributor.referee3Carvalho, Marcio da Silveira-
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/ 0000-0002-6867-7101pt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/8877272658065995pt_BR
dc.contributor.referee4Marcelino Neto, Moises Alves-
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/2071333457212415pt_BR
dc.contributor.referee5Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo-
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/ 0000-0003-3297-7361pt_BR
dc.contributor.referee5Latteshttp://lattes.cnpq.br/5156573817670917pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiaispt_BR
dc.publisher.initialsUTFPRpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICApt_BR
dc.subject.capesEngenharia Mecânicapt_BR
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