Reologia extensional e magnetização de emulsões diluídas de ferrofluidos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Guilherme, Arthur Leite
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48590
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2023.
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Nós encontramos que a configuração e magnetização da gota dependem da intensidade e direção do campo externo. Macroscopicamente, a contribuição da gota para o estado de tensões da emulsão é anisotrópica. As duas viscosidades extensionais associadas às tensões normais da emulsão permanecem constantes ou aumentam com a intensidade do campo; a única exceção ocorre quando a direção do campo é perpendicular ao plano de extensão, em que a segunda viscosidade extensional diminui. Quando o campo externo não está alinhado com as direções principais do escoamento, a gota se inclina com relação ao escoamento e a magnetização da gota não aponta mais na direção do campo externo. Na escala da emulsão, isso resulta em torques internos que levam a um tensor de tensões não simétrico. Para levar em conta esses componentes de cisalhamento inesperados e caracterizar completamente a reologia extensional, nós introduzimos novas funções materiais extensionais, como os coeficientes de viscosidade de cisalhamento e de rotação. Nós também analisamos as condições para ruptura de gota. O campo externo induz ou impede a quebra da gota, dependendo da direção do campo. As deformações subcríticas no plano formado pelas direções de extensão e do campo varia linearmente com a taxa de extensão crítica, independentemente da direção do campo. No geral, este estudo fornece novas informações para aplicações de materiais inteligentes controlados por campos externos e manipulação precisa de gotas de ferrofluido.o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).This work presents an investigation of the effects of external uniform magnetic fields on the rheology and magnetization of dilute ferrofluid emulsions subjected to planar extensional flows. To this end, we performed three-dimensional numerical simulations of a single superparamagnetic ferrofluid droplet suspended in a nonmagnetizable viscous fluid. This system corresponds to the emulsion’s microstructural unit. The full incompressible Navier-Stokes equations for a biphase system with the addition of the magnetic term are solved using a projection method. The interface problem is addressed with the Level-Set method. We find that the droplet’s configuration and magnetization depend on the external field intensity and direction. Macroscopically, the droplet contribution to the bulk stress state is anisotropic. The two extensional viscosities associated with the normal stresses of the emulsion either remain constant or increase with the field intensity; the only exception occurs when the field direction is perpendicular to the extension plane, in which the second extensional viscosity decreases. When the external field is not aligned with the flow main directions, the droplet tilts in the flow and the droplet magnetization points no longer in the external field direction. At the emulsion level, this results in internal torques that lead to a nonsymmetric stress tensor. In order to account for these unexpected shear components and fully characterize the extensional rheology, we introduce new extensional material functions such as shear and rotational viscosity coefficients. We also analyze the conditions for droplet breakup. We find that the external field either induces or prevents the breakup depending on the field direction. The subcritical deformations in the plane formed by the extension and field directions vary linearly with the critical extension rate, regardless of the field direction. Overall, this study provides new insights into applications for field-controlled smart materials and precise manipulation of ferrofluid droplets.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasOliveira, Taygoara Felamingo deGuilherme, Arthur Leite2024-07-08T11:48:39Z2024-07-08T11:48:39Z2024-07-082023-08-07info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfGUILHERME, Arthur Leite. Reologia extensional e magnetização de emulsões diluídas de ferrofluidos. 2023. 94 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48590engA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-07-08T11:48:39Zoai:repositorio.unb.br:10482/48590Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-07-08T11:48:39Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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