Three-dimensional flow structures in X-shaped junctions: Effect of the Reynolds number and crossing angle

We study numerically the three-dimensional (3D) dynamics of two facing flows in an X-shaped junction of two circular channels crossing at an angle α. The distribution of the fluids in the junction and in the outlet channels is determined as a function of α and the Reynolds number Re. Our goal is to describe the different flow regimes in the junction and their dependence on α and Re. We also explore to which extent two-dimensional (2D) simulations are able to describe the flow within a 3D geometry. In the 3D case, at large Re?s (≳50) and α?s (≳60°), axial vorticity (i.e., parallel to the outlet axis) of magnitude increasing both with α and Re develops in the outlet channels and cannot be reproduced by 2D numerical simulations. At lower angles (α ≲ 60°), instead, a mean vorticity component perpendicular to the junction plane is present: both its magnitude and the number of the corresponding vortices (i.e., recirculation zones) increase as α decreases. These vortices appear in both 2D and 3D simulations but at different threshold values of α and Re. At very low Re?s (≲5) and α?s (∼15°), the flow structure in 3D simulations is nearly 2D but its quantitative characteristics differ from 2D simulations. As Re increases, this two-dimensionality disappears, while vortices due to flow separation appear in the outlet channels.Fil: Correa, Pablo Germán. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Mac Intyre, Jonatan Raúl. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Gomba, Juan Manuel. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Cachile, Mario Andres. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Grupo de Medios Porosos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Hulin, Jean-Pierre. Université Paris Sud; FranciaFil: Auradou, Harold. Université Paris Sud; Franci

Radial imbibition in paper under temperature differences

Spontaneous radial imbibition into thin circular samples of porous material when they have been subjected to radial temperature differences was analyzed theoretically and experimentally. The use of the Darcy equation allows us to take into account temperature variations in the dynamic viscosity and surface tension in order to found the one-dimensional equation for the imbibition fronts. Experiments in blotting paper show the good fit between the experimental data to theoretical profiles.Fil: Lopez Villa, Abel. Instituto Politécnico Nacional. Centro de Investigación y de Estudios Avanzados. Departamento de Investigaciones Educativas.; MéxicoFil: Medina, Abraham. Instituto Politécnico Nacional. Centro de Investigación y de Estudios Avanzados. Departamento de Investigaciones Educativas.; MéxicoFil: Higuera, F. J.. No especifíca;Fil: Mac Intyre, Jonatan Raúl. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física Arroyo Seco; ArgentinaFil: Perazzo, Carlos Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Medicina Traslacional, Trasplante y Bioingeniería. Fundación Favaloro. Instituto de Medicina Traslacional, Trasplante y Bioingeniería; ArgentinaFil: Gomba, Juan Manuel. Universidad Favaloro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones En Fisica E Ingenieria del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Sede Olavarria del Centro de Investifaciones En Fisica E Ingenieria del Centro de la Provincia de Buenos Aires | Universidad Nacional del Centro de la Pcia.de Bs.as.. Centro de Investigaciones En Fisica E Ingenieria del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Sede Olavarria del Centro de Investifaciones En Fisica E Ingenieria del Centro de la Provincia de Buenos Aires.; Argentin

New analytical solutions for static two-dimensional droplets under the effects of long- and short-range molecular forces

We report new analytical solutions for the thickness profile of partially wetting two-dimensional droplets. The model includes the effects of capillarity and both short- and long-range molecular forces. We analyze the dependence of the maximum thickness, the contact angle, and the cross-sectional area on the height of the nanometric precursor film that surrounds the droplet. We found asymptotic expressions for the thickness profile and for the contact angles for large and small droplets. The results are compared to those obtained previously for polar liquids. The analytical solutions found here are useful to assess the validity of the hypothesis and the semi-analytical solutions proposed in the literature. In addition, these solutions enable the inference of information about the molecular potential from the measured steady profiles.Fil: Mac Intyre, Jonatan Raúl. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Gomba, Juan Manuel. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Perazzo, Carlos Alberto. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentin

Analytical solutions for the profile of two-dimensional droplets with finite-length precursor films

By means of the lubrication approximation we obtain the full family of static bidimensional profiles of a liquid resting on a substrate under partial-wetting conditions imposed by a disjoining-conjoining pressure. We show that for a set of quite general disjoining-conjoining pressure potentials, the free surface can adopt only five nontrivial static patterns; in particular, we find solutions when the height goes to zero which describe satisfactorily the complete free surface for a finite amount of fluid deposited on a substrate. To test the extension of the applicability of our solutions, we compare them with those obtained when the lubrication approximations are not employed and under conditions where the lubrication hypothesis are not strictly valid, and also with axisymmetric solutions. For a given disjoining-conjoining potential, we report a new analytical solution that accounts for all the five possible solutions.Fil: Perazzo, Carlos Alberto. Universidad Favaloro; ArgentinaFil: Mac Intyre, Jonatan Raúl. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Gomba, Juan Manuel. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentin

Effect of gravity and molecular forces of long and short range on the morphology of drops

El presente trabajo tiene como objetivo describir el perfil de la altura de una gota bajo el efecto de la gravedad y de fuerzas moleculares de corto y largo alcance que tienen lugar entre el líquido y el sustrato que la soporta. Estas últimas son descriptas mediante un potencial que modela la competición entre fuerzas de atracción y repulsión, del tipo potencial con exponentes (4,3). Se estudian los efectos sobre la morfología de la gota, sobre sus parámetros característicos y sobre la región para la cual existen soluciones estables. Se encuentran soluciones analíticas para algunos de estos parámetros y para el perfil de altura.Fil: Mac Intyre, Jonatan Raúl. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Gomba, Juan Manuel. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; ArgentinaFil: Perazzo, Carlos Alberto. Universidad Favaloro; Argentin

Final state of a perturbed liquid film inside a container under the effect of solid-liquid molecular forces and gravity

We investigate theoretically the possible final stationary configurations that can be reached by a laterally confined uniform liquid film inside a container. The liquid is under the action of gravity, surface tension, and the molecular interaction with the solid substrate. We study the case when the container is in an upright position as well as when it is turned upside down. The governing parameters of the problem are the initial thickness of the film, the size of the recipient that contains the liquid, and a dimensionless number that quantifies the relative strength of gravity with respect to the molecular interaction. The uniform film is always a possible final state and depending on the value of the parameters, up to three different additional final states may exist, each one consisting in a droplet surrounded by a thin film. We derive analytical expressions for the energy of these possible final configurations and from these we analyze which state is indeed reached. A uniform thin film may show three different behaviors after a perturbation: The system recovers its initial shape after any perturbation, the fluid evolves towards a drop (if more than one is possible, it tends toward that with the thinnest precursor film) for any perturbation, or the system ends as a uniform film or a drop depending on the details of the perturbation.Fil: Perazzo, Carlos Alberto. Universidad Favaloro. Facultad de Ingenieria y Cs.exactas y Naturales. Departamento de Fisica y Quimica; ArgentinaFil: Mac Intyre, Jonatan Raúl. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tandil; ArgentinaFil: Gomba, Juan Manuel. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Fisica Arroyo Seco; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Tandil; Argentin

Viscoelastic coarsening of quasi-2D foam

Funding Information: This study was partly supported by the Centre National d’Études Spatiale (CNES) through the project “Hydrodynamics of wet foams". A.S. acknowledges Véronique Trappe and Eric Dufresne for interesting discussions. Publisher Copyright: © 2023, The Author(s).Foams are unstable jammed materials. They evolve over timescales comparable to their “time of use", which makes the study of their destabilisation mechanisms crucial for applications. In practice, many foams are made from viscoelastic fluids, which are observed to prolong their lifetimes. Despite their importance, we lack understanding of the coarsening mechanism in such systems. We probe the effect of continuous phase viscoelasticity on foam coarsening with foamed emulsions. We show that bubble size evolution is strongly slowed down and foam structure hugely impacted. The main mechanisms responsible are the absence of continuous phase redistribution and a non-trivial link between foam structure and mechanical properties. These combine to give spatially heterogeneous coarsening. Beyond their importance in the design of foamy materials, the results give a macroscopic vision of phase separation in a viscoelastic medium.Peer reviewe

Measuring biofoam anisotropy using optical coherence tomography

Optical coherence tomography enables quick scans of translucent objects in a simple environment. Here, we apply this technique to wood-based biofoam. We measure the geometrical properties of the foam, such as bubble eccentricity and density fluctuations, in addition to characterising the possible orientation of fibres. We find that the wood-based foams are extremely suitable for optical coherence tomography due to their translucent nature and large changes of optical density between air-filled bubbles and solid films. Measurement of bubble eccentricity revealed a reasonably high aspect ratio of 1:2, enabling the orientation of long cellulose fibres if added to the mixture. The results demonstrate an effective method to characterise foamlike metamaterials. Furthermore, focusing on eccentricity enables the adjustment of the foam’s manufacturing method and, in turn, helps to produce anisotropic structures.Peer reviewe

Multiphase CFD modeling of front propagation in a Hele-Shaw cell featuring a localized constriction

We study a liquid-gas front propagation in a modulated Hele-Shaw cell by means of multiphase computational fluid mechanics based on the three-dimensional Navier-Stokes equations. In the simulations an obstacle that partially fills the gap is placed at the center of the cell, and the liquid-gas interface is driven at a constant velocity. We study the morphological differences between imbibition and drainage for a wide range of capillary numbers, and explore how the wetting properties of the constriction affect the amount of liquid that remains trapped in the draining process. We observe increasing remaining volumes with increasing capillary number and decreasing contact angle. The present CFD implementation for a single mesa defect provides insight into a wide number of practical applications.Peer reviewe