Modelado y simulación de flujo tipo Taylor en capilares

Resumen

En objetivo de este trabajo es presentar un modelo de simulación numérica del tipo Taylor que se desarrolla en capilares. Para llevar a cabo este análisis, se empleó el entorno de software \cite{comsol} en su versión 6.2, una herramienta robusta y ampliamente reconocida en el ámbito de la simulación multifísica. El flujo tipo Taylor se distingue por la generación secuencial de burbujas elongadas de gas, las cuales se alternan con secciones de líquido, creando un patrón periódico. Este fenómeno resulta de particular interés debido a su relevancia en diversas aplicaciones, que abarcan desde los micro fluidos, donde el control preciso de fluidos a pequeña escala es crucial, hasta los sistemas de intercambio de calor, donde la eficiencia en la transferencia de energía es primordial. Con el objetivo de explorar a detalle este tipo de flujo, se llevó a cabo un conjunto exhaustivo de simulaciones, comprendiendo un total de 32 casos. Estas simulaciones se desarrollaron en un dominio bidimensional con simetría axial, lo que permitió capturar la esencia del flujo de manera eficiente. Se procedió a variar sistemáticamente una serie de parámetros clave, tales como el diámetro del capilar (3-4 mm), el espesor de la película líquida que recubre la pared del capilar (25-50 $\mu$m), la velocidad del fluido (0.02, 0.05, 0.2 y 0.5 m/s) y, finalmente, dos tipos distintos de condiciones de contorno: la condición de entrada que simula una alimentación constante de fluido, y la condición periódica que asume un comportamiento repetitivo del flujo a lo largo del capilar. Los hallazgos derivados de este estudio permiten discernir el impacto específico de cada parámetro sobre la dinámica de las burbujas y la estabilidad de la película líquida en sistemas de microfluidos basados en el flujo bifásico en canales confinados. Se identificaron, en particular, aquellas condiciones que propician un flujo estable y simétrico, características deseables en muchas aplicaciones.