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Estudio numérico del comportamiento de una microburbuja bajo una onda de presión acústica

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2014-10
Defense date
2014-10-09
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En el presente Trabajo de Fin de Grado se estudia el comportamiento de una microburbuja en el interior de un líquido, la cual está sometida a la acción de un campo acústico variable con el tiempo. Nuestro objetivo está enfocado a conocer el comportamiento de dicha microburbuja bajo el efecto de un campo acústico externo. Este será el preámbulo para el estudio de sus diversas aplicaciones tanto en el ámbito biomédico, (utilizado como agentes de contraste para la obtención de imágenes mediante ultrasonidos), como en ámbito industrial (industria petroquímica o nuclear). Para la realización del proyecto se desarrollan las ecuaciones de Rayleigh-Plesset y Keller-Miksis, que explican las variaciones de volumen de la microburbuja bajo la excitación acústica, así como modelos lineales de la oscilación radial de la burbuja que simplifiquen los cálculos en los distintos programas informáticos a utilizar. Posteriormente se analiza la resolución numérica del problema para cada uno de los modelos estudiados mediante distintos programas informáticos y se muestran los resultados para los casos resueltos, para los cuales hemos empleado una excitación en forma de chirp. Además de esto, en el caso del modelo de Keller-Miksis, se estudia la linealización del problema para el caso de señales acústicas de baja amplitud, y se compara la solución analítica de la ecuación lineal con los resultados correspondientes al modelo completo. Finalmente se presupuesta el proyecto, de forma que podamos cuantificar el coste relacionado a la realización del proyecto y se exponen las conclusiones del estudio realizad, así como las líneas futuras de investigación que podrían surgir a partir de este proyecto.
In this Final Degree Project the behavior of a microbubble within a liquid is studied, which is subjected to the action of an acoustic field varying with time. Our aim is focused on understanding the behavior of the microbubble under the effect of an acoustic external field. This one will be the prelude for the study of its diverse applications both in the biomedical field, (used as contrast agents for ultrasound imaging), as in industrial applications (petrochemical industry or nuclear industry). For the accomplishment of the project the equations of Rayleigh-Plesset and Keller-Miksis are used. They explain the variations of volume of the microbubble under the acoustic excitation, as well as linear models of the radial oscillation of the microbubble to simplify the calculations in the various software to use. Then the numerical resolution of the problem for each of the models is analyzed by various software and the results for the resolved cases are shown, for which we have used an excitation in the shape of a chirp. Besides this, in the case of the model of Keller-Miksis, the linearization of the problem for the case of acoustic signs of low amplitude is studied, and the analytical solution of the linear equation with the results corresponding to the complete model is compared. Finally the project is presupposed, so we could quantify the cost related to the accomplishment of the project and the conclusions of the study and the conclusions of the study are exposed, as well as the future lines of research that might arise from this project.
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Keywords
Acústica, Microburbujas, Mecánica de fluidos
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