Characterization of thread like structures formation during the injection of polymer based liquids with a like on like impinging injector

The formation of thread-like structures during the injection of high molecular weight polymer solutions with a like-on-like impinging jet injector has been studied. The ligaments production seems to be related to relaxation times of the liquids. For a better understanding of this link several experiments on a particular category of non-Newtonian fluids (Boger fluids) have been conducted. These liquids have been injected at around 70 m/s through an impinging injector and the break-up behaviour of the liquid sheet has been analyzed with a shadowgraph system. The obtained images have been scanned with a MATLAB® code in order to generate a quantitave parameter (called thread parameter) related to threads’ length. The dependence of ligaments’ size by the relaxation times of the solutions has been studied as well as the influence of surface tension, shear viscosity and Ohnesorge number on the thread parameter. In addition a test campaign has been conducted with injection speeds ranging from about 5 m/s to 80 m/s in order to study the influence of fluids’ relaxation time on break-up behaviours, as a function of non-dimensional numbers, such as Weber and Deborah.

Nel presente lavoro di tesi è stata studiata la formazione di strutture filamentose durante l’iniezione di fluido non-Newtoniano ad alta densità molecolare attraverso un impinging jet injector. La produzione di questi fili sembra essere legata ai tempi di rilassamento dei liquidi stessi. Per una migliore comprensione del fenomeno sono stati condotti molti esperimenti su una particolare categoria di fluidi non-Newtoniani, chiamati Boger fluids. Questi liquidi sono stati iniettati a una velocità di circa 70 m/s attraverso un impinging injector ed è stato analizzato il loro comportamento con un sistema shadowgraph. Le immagini ottenute sono state esaminate tramite un codice MATLAB® per poter generare un parametro quantitativo (chiamato thread parameter) che fosse legato alla lunghezza dei filamenti. E’ stata poi analizzata la dipendenza di quest’ultima rispetto ai tempi di rilassamento delle soluzioni polimeriche così come l’influenza della tensione superficiale, della viscosità dinamica e del numero di Ohnesorge sul thread parameter. In aggiunta sono stati condotti alcuni altri test a differenti velocità di inezione, a partire da 5 m/s fino a 80 m/s, per poter studiare l’influenza dei tempi di rilassamento dei fluidi sul comportamento di break-up in funzione di numeri adimensionali quali il numero di Weber e di Deborah.