Dynamics and rheology of Janus drops

Abstract

This dissertation sheds some light on the dynamics and rheological properties of compound multiphase drops in the creeping motion limit of the fluid phases from a fundamental standpoint. A compound multiphase drop can exhibit a fully engulfing configuration, as in the case of a drop encapsulating a smaller one, or a partly engulfed configuration, in which a pair of drops in contact resemble a snowman. A particular of the latter type that is under active research is the Janus drop due to its anisotropic properties. The term Janus, which takes after the god of two faces of Roman mythology, highlights that the drop consists of two parts of equal geometry but of different properties (anisotropic). It is found that the dynamics of such Janus drop in an external flow is similar to that of a spheroid of revolution. Interestingly, the effective viscosity of Janus drops that corresponds to the minimum dissipation energy has an analogous form to the expression derived by Taylor (1932) Proc. R. Soc. A 138, 41–48 for a single-phase drop in a steady shear flow.

Esta disertación arroja algo de luz sobre la dinámica y las propiedades mecánicas de gotas multifásicas compuestas en el límite de movimiento rastrero desde un punto de vista fundamental. Una gota multifásica compuesta puede exhibir una configuración totalmente envolvente, como en el caso de una gota que encapsula otra más pequeña, o una configuración envolvente parcial, en la cual un par de gotas en contacto asemejan a un mu˜neco de nieve. Un particular de este ´ultimo grupo que esta bajo investigación activa es la gota Janus debido a sus propiedades anisotrópicas. El término Janus, que proviene del dios de dos caras de la mitología romana, resalta que la gota se compone de dos partes de geometría idéntica, pero de diferentes propiedades (anisotropía). Se ha encontrado que la dinámica de tales gotas Janus en un flujo externo es similar a la de un esferoide de revolución. Interesantemente, la viscosidad efectiva de las gotas Janus que corresponde a un mínimo de energía disipativa tiene una forma análoga a la expresión derivada por Taylor (1932) Proc. R. Soc. A 138, 41–48 para una gota de una sola fase en un flujo cortante estacionario.