Teoría y simulación de histéresis angular en gotas Sésiles

Abstract

[ES] En este trabajo se abordan distintos problemas relacionados con la histéresis de ángulos de contacto en gotas sésiles. El estudio se realiza tanto desde el punto de vista teórico como de simulación. Se propone un modelo sencillo para tratar la histéresis de ángulos de contacto en gotas sésiles axisimétricas. El modelo se basa en suponer que la línea triple permanece fija para ángulos de contacto comprendidos entre el de avance y el de retroceso, resolviendo la ecuación de Young-Laplace en coordenadas cilíndricas. Obteniendo un acuerdo excelente con resultados experimentales para ciclos de histéresis de ángulos de contacto. Se ha propuesto un algoritmo que permite simular histéresis de ángulos de contacto en Surface Evolver. El algoritmo se basa en la incorporación de ligaduras locales en el tratamiento variacional del problema. Las ligaduras locales tienen en cuenta la aparición de fuerzas de fricción. Se obtiene un excelente acuerdo tanto con resultados teóricos como experimentales para ciclos de histéresis de ángulos de contacto. A través del modelo implementado en Surface Evolver, se ha realizado un estudio de simulación del proceso en el cual una gota de líquido colocada inicialmente sobre una superficie horizontal se inclina gradualmente hasta que desliza por completo. Se ha encontrado que los resultados obtenidos mediante estas simulaciones en Surface Evolver presentan una gran dependencia con los ángulos de contacto iniciales de la gota. Así, la situación con el ángulo de contacto inicial igual al ángulo de contacto de avance es quizá la más próxima a los experimentos, mientras que un ángulo de contacto inicial igual a la media de los ángulos de avance y retroceso conduce a resultados previamente obtenidos por otros autores por métodos de elementos finitos. Se realiza un estudio de simulación del ángulo de contacto más estable a partir del método experimental de placa inclinable, que permite identificar este ángulo a partir de los valores de los ángulos de contacto críticos obtenidos para gotas con diferentes ángulos de contacto iniciales. Se ha desarrollado un nuevo método de simulación del ángulo de contacto más estable basado en el establecimiento de una psudodinámica de vibración en una gota sésil. En este método, partiendo de diferentes condiciones iniciales, se alcanza el ángulo de contacto más estable tras someter a la gota a cambios armónicos en la aceleración debida a la gravedad. La comparación de resultados experimentales y de simulación para los dos métodos anteriores muestra en general un buen acuerdo entre los resultados de simulación y los datos experimentales correspondientes al método de placa inclinable, apareciendo mayores discrepancias con el método experimental de vibraciones mecánicas

[EN] In this paper we address various issues related to the contact angle hysteresis in sessile drops. The study was performed both from the theoretical and simulation. We propose a simple model to treat the contact angle hysteresis in axisymmetric sessile drops. The model is based on the assumption that the line remains fixed to triple contact angle between the forward and backward, solving the Young-Laplace equation in cylindrical coordinates. Getting an excellent agreement with experimental results for cycles of contact angle hysteresis. An algorithm is proposed to simulate contact angle hysteresis in Surface Evolver. The algorithm is based on the incorporation of local treatment ligatures variational problem. Local bindings take into account the occurrence of friction forces. Excellent agreement is obtained with both theoretical and experimental results for cycles of contact angle hysteresis. Through the model implemented in Surface Evolver, was performed a simulation study of a process in which a liquid drop placed on a horizontal surface initially slopes gradually until completely slips. Found that the results obtained from these simulations in Surface Evolver have a high dependence on the initial contact angles of the droplet. Thus, the situation with the initial contact angle equal to the advancing contact angle is probably the closest to the experiments, while an initial contact angle equal to the average of the forward and reverse angles leads to results previously obtained for other authors for finite element methods. Performing a simulation study stable contact angle from tilting plate experimental method which identifies this angle from the angle values obtained for critical contact drops with different initial contact angles. Has developed a new method of simulation more stable contact angle based on the establishment of a vibration psudodinámica a sessile drop. In this method, starting from different initial conditions, the contact angle reaches more stable after putting the drop harmonic shifts in the acceleration due to gravity. Comparison of experimental and simulation results for the above two methods shows generally good agreement between the simulation results and experimental data for the tilting plate method, appearing major discrepancies with the experimental method of mechanical vibrations