Migration et ségrégation des particules dans les suspensions concentrées : étude expérimentale et modélisation

par Dima Merhi

Thèse de doctorat en Physique de la matière condensée

Sous la direction de Élisabeth Lemaire.

Soutenue en 2001

à Nice .


  • Résumé

    Ce travail présente une étude des suspensions macroscopiques concentrées soumises à un cisaillement inhomogène. Nous avons décrit le comportement d’une suspension macroscopique par une approche phénoménologique locale basée sur la considération de la suspension comme un milieu continu. Trois flux migratoires ont été identifiés : un flux de collisions, un flux de viscosité et un flux de courbure. L’expression de ces trois flux est obtenue en étudiant la déviation de la trajectoire de paires de particules induite par une collision. Nous avons adopté une démarche à la fois expérimentale et numérique. Sur le plan expérimental, notre intérêt s’est porté sur l’écoulement tournant entre deux disques parallèles. Nous avons mis au point une technique expérimentale qui s’appuie sur la détection de traceurs par mesure d’absorption de la lumière. Les systèmes étudiés sont des suspensions constituées de particules de même indice et de même densité que le fluide suspendant. Sur le plan numérique, nous avons bâti un coût de calcul à 2D en volumes finis capable de modéliser le système d’équations non linéaires couplées qui régissent le comportement d’une suspension monodisperse ou bidisperse. Ainsi, nous avons étudié numériquement le comportement d’une suspension bidisperse en écoulement de Couette cylindrique et de Poiseuille. Nous avons observé une ségrégation en taille des particules en suspension qui est d’autant plus prononcée que la fraction volumique des petites et des grosses particules est voisine. Dans le cas de l’écoulement plan-plan rotatif, nous avons mis en évidence l’existence d’une migration pour une suspension monodisperse. La quantification des coefficients des flux de migration dans les géométries rotatives a été effectuée grâce aux profils numériques instationnaires. Les valeurs ainsi obtenues montrent que l’intensité des flux est liée à la direction de la migration des particules.

  • Titre traduit

    Shear-induced migration and segregation of particles in concentrated suspensions : experimental study and numerical modelling


  • Résumé

    In this present work, we have studied the behavior of concentrated macroscopic suspensions subjected to inhomogeneous shear rate. This behavior was described by means of a local phenomenological approach based on the consideration of the suspension as a continuous medium. Three shear induced fluxes were identified : a collision flux, a viscosity flux and a curvature flux. The expression of these three fluxes is obtained by studying the deviation of the trajectory of pairs of particles induced by a collision. We achieved both experimental and numerical investigations. On the experimental plan, we studied the flow between two parallel rotating disks. We developed an experimental technique which leans on the detection of tracers by measure of absorption of the light. The studied systems are suspensions established by particles of the same refractive index and the same density as the suspending fluid. Concerning the numerical work, we have built a numerical code in 2D, based on a finite volume method, capable of modeling the system of coupled non linear equations which govern the behavior of a monodisperse or bidisperse suspension. So we studied numerically the behavior of a bidisperse suspension in a Couette and a Poiseuille flow. We observed segregation in size of particles in suspension which is more pronounced when the volume fraction of the small and big particles is nearly equal. In the case of the flow between two rotating discs, we put in evidence the existence of a migration for a monodisperse suspension. The quantification of the coefficients of the shear induced migration fluxes in the rotating geometries was made thanks to the numerical, transient profiles. The values so obtained show that the intensity of these fluxes is closely bound to the direction of the migration of particles.

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Informations

  • Détails : 164 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université Nice Sophia Antipolis. Service commun de la documentation. Bibliothèque Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 01NICE5652
  • Bibliothèque : Université Nice Sophia Antipolis. Service commun de la documentation. Bibliothèque Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 01NICE5652bis
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