Etude numérique de la dynamique d'évaporation d'une goutte sessile sur un substrat chauffant

par Fabien Girard

Thèse de doctorat en Physico-chimie et analyse

Sous la direction de Annie Sanfeld et de Mickaël Antoni.

Soutenue en 2006

à Aix-Marseille 3 .

  • Titre traduit

    Numerical study of the evaporating dynamics of a sessile droplet on a heating substrate


  • Résumé

    La compréhension des mécanismes physico-chimiques survenant dans l'évaporation de gouttes déposées sur un substrat chauffant est aujourd'hui encore incomplète malgré un vaste champ d'applications industriel (peintures, nucléaire). La complexité des phénomènes mis en jeu nous a conduits à développer un code de calcul intensif permettant de simuler la dynamique d'évaporation de gouttes de fluides newtoniens purs. Les échanges de matière et de chaleur sont décrits tant dans la phase liquide que dans la phase vapeur présente dans le voisinage de la goutte. Ceci permet de mettre en évidence le caractère non linéaire de l'évolution du volume des gouttes. L'étude des écoulements au sein de la goutte montre des phénomènes convectifs créés par le cisaillement de l'écoulement de Marangoni thermique survenant à sa surface. Le sens de rotation des cellules convectives dépend de la taille du substrat chauffant alors que leur vitesse caractéristique est liée à la température du substrat.


  • Résumé

    The understanding of evaporating sessile droplet dynamics on a heating substrate is still an open question although many applications are related to this problem like in paintings or nuclear industries. Due to the complexity of the phenomena involved in such a system we developed a numerical code allowing us to simulate the evaporation dynamics of pure Newtonian fluids. Heat and matter exchanges are fully described in both the fluid of the droplet and in the surrounding air with basic hydro dynamical models. This makes possible to demonstrate the non linear character of the droplet volume evolution as time goes on. The study of the fluid flows inside the droplet shows convective phenomena that are due to the shear generated by thermal Marangoni stress at its liquid/gas interface. The rotation direction of the convective cells is shown to depend on the heating substrate size whereas their characteristic velocity is determined by temperature gradients between droplet and far field.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (173 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 158-160

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  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille (Marseille. Saint-Jérôme). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 200069172
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