Impacto de múltiplas gotas em superfícies secas

Abstract

O impacto simultâneo de múltiplas gotas é um fenómeno físico presente em múltiplasaplicações de engenharia, nomeadamente, nos sistemas de injeção dos motores decombustão interna, sistemas de aplicação de produtos agrícolas como os adubos foliares,procedimentos de pintura, entre outros. Porém, por ser um fenómeno complexo ecujo mecanismos hidrodinâmicos gerados pela interação das gotas serem ainda poucocompreendidos justifica-se o seu estudo ao nível fundamental com instalações que reproduzemas estruturas morfológicas em condições fronteira e ambiente relativamentecontroladas. A caracterização das estruturas formadas por interação dos múltiplosimpactos de gotas, em particular quando ocorrem em simultâneo, são úteis para avalidação dos modelos numéricos que se baseiam ainda nos modelos associados ao impactode gotas individuais. O principal objetivo desta dissertação consiste no projetoe construção de um protótipo capaz de produzir gotas de diferentes tamanhos para estudode impactos simultâneos e das estruturas hidrodinâmicas emergentes. A validaçãoda instalação experimental construída recorre à visualização com uma câmara de emalta-velocidade das gotas produzidas por agulhas de diferentes diâmetros interiores, demodo a calibrar o tempo de formação da gota e respetivo tamanho. Esta informaçãoé relevante para sincronizar a formação das gotas de modo a que os impactos das mesmasocorram simultaneamente. Ainda, através de duas perspetivas (lateral e a partirde baixo) usando um prisma refletor, procurou-se validar a obtenção de simultaneidademediante a calibração realizada e aferir eventuais limitações e cuidados a ter como funcionamento da instalação. Com os ensaios preliminares realizados, confirmou-seque a visualização da morfologia dos múltiplos impactos de gotas permite avaliaros parâmetros que dominam a evolução das estruturas resultantes a fim de conseguirproduzir informação relevante para a validação de modelos que pretendem simular aaleatoriedade inerente a um spray.

Simultaneous multiple drop impact is still a poorly understood phenomenon, be itby the lack of existing studies, or its high complexity. Nonetheless it still plays a majorrole in multiple engineering applications, namely in regard to internal combustionengines’ injection systems, agricultural product application systems (as foliar fertilizers)and painting procedures. In terms of predicting structures formed after multipledrop impacts, specifically simultaneous ones, it is still a great challenge for numericalsimulations seeing as current impact models are based in phenomena associated withsingular impacts. This study aims to obtain a prototype capable of producing simultaneousimpacts, in order to, at a later stage, make it possible to analyze them, so asto try and overcome the existing shortfall in current numerical models. The study willconsist in a high speed viewing of these phenomena, which will allow for an evaluationof the structures resulting from multiple impacts. In order to simulate the randomnessassociated with a spray, regarding the size of the drops being projected, several needleswith different internal diameters were used, so as to create different sized drops. Akey factor in obtaining the desired results was being able to establish a method whichwould allow for synchronizing drops projected from different needles, seeing as theirtimes would also differ.The study willconsist in a high speed viewing of these phenomena, which will allow for an evaluationof the structures resulting from multiple impacts. In order to simulate the randomnessassociated with a spray, regarding the size of the drops being projected, several needleswith different internal diameters were used, so as to create different sized drops. Akey factor in obtaining the desired results was being able to establish a method whichwould allow for synchronizing drops projected from different needles, seeing as theirtimes would also differ.