Instabilités hydrodynamiques dans les procédés d'enduisage

par Fernando Varela López

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Marc Rabaud et de Marta Rosen.


  • Résumé

    Dans cette thèse, le procédé d'étalement de liquides par rouleaux est étudié du point de vue de la mécanique des fluides. Avec un intérêt particulier pour l'instabilité hydrodynamique qui apparaît à la surface libre de la couche transférée sur le substrat solide. Ce procédé est largement utilisé par l'industrie de l'enduction, en particulier celle des aciers enduits. Le présent travail essentiellement expérimental veut améliorer la compréhension des mécanismes physiques qui gouvernent l'instabilité dans ce type de processus. Pour cela des mesures dans des conditions contrôlées du déclenchement et du développement de l'instabilité ont été réalisées, ainsi qu'une caractérisation rigoureuse des propriétés physiques des fluides utilisés. Ceci a permis une corrélation entre les résultats expérimentaux et les caractéristiques de chaque fluide, et la vérification expérimentale des modèles hydrodynamiques. Le principal résultat est lié à l'existence d'une différence des contraintes normales qui crée une diminution du seuil de l'instabilité, diminution qui a pu être étudiée en faisant varier les paramètres géométriques et rhéologiques (à travers la concentration relative de polymère). Au-delà du seuil des différences dans les formes des structures ont été étudiées. On a aussi effectué des mesures de la viscoélasticité sur l'écoulement de base. Les résultats montrent que ces effets viscoélastiques peuvent êtres considérés comme petits, ce qui permet d'appliquer le modèle d'élasticité faible développée dans ce travail. On en conclut que l'élasticité modifie le processus de déstabilisation plus au travers des conditions aux limites qu'au travers d'un changement de l'écoulement de base. Ce travail a été réalisé dans le Groupe des Milieux Poreux de la Faculté d'Ingénieur de l'Université de Buenos-Aires, et au laboratoire FAST (Fluides, Automatique et Systèmes Thermiques), Orsay, France.


  • Résumé

    In this work the process of liquid roll coating application is studied, paying particular attention to the hydrodynamical instability occurring at the free surface of the transferred film. This process is widely used in coating industry, particularly in coated steel. This experimental work intends to a better understanding of the physical mechanisms that governs this kind of processes. Several experiments were conducted, not only to measure the onset and further development of the instability but also to fully characterize the rheological properties of the fluids. A correlation between experimental results and physical properties of fluids has been established, as well as an experimental verification of simple hydrodynamical models, which permits a qualitative understanding of the destabilizing mechanisms. The main result found in this work is related to the viscoelastic effects: the presence of normal stress differences generates a reduction in threshold onset, which has been studied both with respect to geometrical parameters and rheological properties. This allowed the determination of the relation between polymer concentration and threshold. Also, further development of instability has been studied, finding morphological differences with the Newtonian case. Results of base flow measurements showed that there exists some range where viscoelastic effects can be considered small enough, such that weak viscoelasticity hypothesis are fulfilled and the simple model developed in this work should apply. Thus it can be asserted that in the weak viscoelasticity limit elastic effects modifies the onset of instability via boundary conditions rather than base flow changes. This work has been conducted in the Grupo de Medics Porosos at Facultad de Ingenieria, Universidad de Buenos-Aires, and at FAST (Fluids, Automatique et Systems Thermiques), Orsay, France.

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Informations

  • Détails : XVI-191 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.184-191

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2001)346
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