Simulaciones numéricas 3D del flujo de una gota bajo los efectos de un gradiente radial de temperatura

Abstract

Se ha mostrado experimentalmente que cuando se deposita una gota en el centro de un sustrato con un gradiente axial de temperatura (más caliente en el centro), por efectos termocapilares se genera un flujo hacia afuera de modo que la gota evoluciona hacia un anillo cuyo radio crece con el tiempo. Al alcanzar un radio crítico, la línea de contacto se inestabiliza, mostrando suaves ondulaciones cuyas amplitudes crecen con el tiempo. Utilizando la aproximación de lubricación y adoptando adecuadas variables adimensionales, se obtiene una ecuación diferencial libre de parámetros que gobierna este tipo de flujo termocapilar. En este trabajo se presentan soluciones numéricas de dicha ecuación para estudiar en particular la etapa inestable. Se comparan los resultados experimentales con los obtenidos con las soluciones numéricas.

It has been shown experimentally that when a drop is deposited at the center of a substrate with an axial temperature gradient (hotter in the center), thermocapillarity effects makes an outward flow to appear so that the drop evolves towards a ring whose radius increases with time. Upon reaching a critical radius, the contact line becomes unstable, showing gentle undulations whose amplitudes grow with time. Using the lubrication approximation and adopting appropriate dimensionless variables, a parameter-free differential equation is obtained that governs this type of thermocapillary flow. Numerical solutions of this equation are presented to study the unstable stage. Experimental results are compared with those obtained from the numerical solutions.