Study of hydrodynamic drag reduction polymericsolutions based on the drop impact images

O efeito da redução de atrito hidrodinâmico em soluções poliméricas nas estruturas produzidas pelo impacto de gotas foi determinado por meio da análise de imagens obtidas utilizando uma câmera CCD e um programa de tratamento de imagens. O impacto de uma gota contra uma superficie líquida causa o fenômeno conhecido como splash, onde duas principais estruturas são formadas: a coroa e o jato Rayleigh. A altura máxima atingida pelo jato Rayleigh foi utilizada como parâmetro para determinar a redução de atrito hidrodinâmico, proporcionada pela presença de pequenas quantidades (ppm) de polímeros de elevada massa molar presentes em solução. A capacidade redutora de atrito hidrodinâmico do poli( óxido de etileno ), PEO, o mais eficiente agente redutor de atrito, foi estudada em função da qualidade do solvente, da temperatura, da concentração, da massa molar e da flexibilidade intrínsica da cadeia polimérica. As modificações decorrentes de alguns destes fatores sobre o raio de giração do polímero e, conseqüentemente sobre o tempo de relaxação e a viscosidade elongacional, são responsáveis pelas modificações morfológicas observadas no jato Rayleigh. Estudos temporais da evolução do splash também foram desenvolvidos, onde se procurou correlacionar a taxa de deformação do líquido com o tempo de relaxação da cadeia polimérica. O presente trabalho mostra, de forma inédita, que é possível utilizar o splash nos estudos sobre a redução de atrito hidrodinâmicoThe presence of very small amounts (ppm) of high-molecular weight polymers in a solution produces high levels of drag reduction in a turbulent flow. This phenomenon, termed as the Toms Effect, was studied using images of the impact of a small drop against shallows liquid surfaces, both liquids containing a drag reducer agent. After the impact a crown and a cavity are created and the collapse of these structures impels a liquid column, named as Rayleigh jet. This phenomenon is termed splash. The amplitude reached by the Rayleigh jet was used to estimate the energy of the drop stored in the liquid; therefore, the maximum height of the jet allow us to determine the percentage of drag reduction. The results were discussed in terms of different parameters such as polymer concentration, molecular weight in the poly(ethylene oxide), PEO, the most efficient drag reducer agent in aqueous system. The splash in aqueous polymeric solution is dominated by the elongational viscosity and therefore, the polymer relaxation time has an important role in the process. We consider that the main contribution of this work to the drag reduction field is the new approach proposed to investigate this old hydrodynamic phenomeno