Laser Óptico-Fluídica

Abstract

A conectividade óptica como técnica de diagnóstico e caracterização de jactos de líquido, há muito que é executada. Esta técnica induz um menor número de incertezas relativamente à morfologia dos jactos obtidos por injecção, tendo ganho destaque face a outras já implementadas como o caso da shadowgrafia e conectividade eléctrica. Tendo por base fenómenos como a reflexão interna total, ao iluminar-se um jacto de líquido a partir do interior, o feixe de luz pode ser flectido e conduzido ao longo do comprimento de um jacto de líquido. Na aplicação da técnica da conectividade óptica, a adição de partículas luminescentes ao líquido do qual é formado o jacto, leva a que estas reajam com o feixe de luz e tornem visível as estruturas fluídicas do jacto como intensidade de luz dispersa. Embora a aplicabilidade da técnica para diagnóstico e caracterização de jactos de líquido esteja bem definida, esta ainda se encontra muito pouco explorada, de maneira que a presente investigação prende-se com a identificação das limitações desta. Os jactos de líquido injectados com maior aplicabilidade em situações práticas são os verticais e horizontais, daí terem sido realizados ensaios laboratoriais que permitissem estudar a técnica em ambos os casos. A adição de partículas luminescentes ao líquido, do qual são formados os jactos, não foi efectuada. Assim, foi analisado o efeito da reflexão interna total e da intensidade de luz dispersa visível ao longo do comprimento do jacto. Analisou-se também o efeito da razão da ordem de grandeza entre o diâmetro do feixe de luz e do jacto de líquido. Observou-se o efeito da reflexão total interna do feixe de luz no interior do jacto de líquido, mas ficou claramente perceptível que este não se perpetua para todas as regiões do jacto. A evolução morfológica do jacto de líquido é perfeitamente visível devido à intensidade luminosa presente ao nível da superfície, sendo esta o resultado de raios do feixe de luz que incidem sobre a interface líquido-gás com um ângulo inferior ao ângulo crítico, devido às deformações de diferente amplitude existentes ao longo do jacto de líquido. O comprimento de ruptura do jacto é também identificável devido à formação de pontos de brilho nestas regiões. Sabe-se que a percepção que se tem da luz deve-se a fenómenos de dispersão. Esses fenómenos iram ser explicados em detalhe no decorrer da presente dissertação.

Optical connectivity is used as a diagnosis technique as well as the act of characterization of liquid jets has been in practice throughout time. This technique reduces the number of uncertainties that are associated to the morphology of the jets obtained only by injection, having gained some projection in comparison with other methods already implemented as in the case of shadowgraphy and electrical connectivity.When establishing foundation phenomenon, total internal reflection can be achieved upon lighting a liquid jet from inside the light beam. It can then be curved and conducted along the length of a liquid jet. Once the optical connectivity technique is applied, the addition of luminescent par- ticles to said liquid from which the jet is formed leads them to react with the light beam itself. This action will make visible the fluidic components as scattered light intensity. Although the applicability of the technique for the diagnosis and characterization of liquid jets is well defined, it is yet to be explored in depth. This investigation stands to identify thus limitations and its competence.The injected liquid jets with greater pertinency in practical situations are the vertical and horizontal ones. Laboratory tests have been executed in both cases that allow to study the technique fully. Whereas in these cases, the addition of luminescent particles to the liquid from which the jets are formed was not carried out. The effect of total internal reflection was considered as well as visible light intensity along the jet length. Other aspects that were analyzed were the effect of magnitude in relation to its order between the diameter of the light beam and the liquid jet.The response of the total internal reflection of the light beam inside the liquid jet was observed but it was clearly apparent that it does not perpetuate for all regions of the jet in itself. The morphological evolution of the liquid jet is perfectly visible due to the luminous intensity present at the surface. This clearly being the result of the rays of the light beam that prevail on the liquid-gas interface having an angle lower than the critical angle, due to the deformations of different amplitudes along the liquid jet. The rupture in the length of the jet is also detectable due to the formation of bright spots in these regions.It is known that the perception of light is due to the phenomenon of dispersion. These phenomena will be explained in detail within the sequence of this dissertation.