Dynamics and statistics of single polymer and polymer solutions

par Alberto Puliafito

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Antonio Celani.

  • Titre traduit

    Dynamique et statistique de polymères isolés et solutions diluées


  • Résumé

    Cette thèse regroupe des travaux numériques et théoriques s’inscrivant dans le cadre général de la dynamique des polymères en écoulement. La première partie est dédiée à l’étude de la dynamique de molécules isolées dans des écoulements, situation d’intérêt pour la rhéologie et la biophysique. Le mouvement individuel d’une molécule a été analysé en détail grâce à des méthodes stochastiques et à de nouveaux algorithmes numériques. Ces études ont permis d’obtenir les distributions de probabilité de l’élongation et de l’orientation des molécules et caractériser les temps dynamiques du système dans des écoulements laminaires et aléatoires. La deuxième partie de la thèse porte sur les solutions diluées de polymères, qui jouent un rôle essentiel dans les applications industrielles et pour la dynamique des fluides complexes en général. La stabilité de l’écoulement de Kolmogorov viscoélastique a été étudiée à l’aide d’une approche perturbative multi-échelles. On a ainsi montré que les polymères peuvent stabiliser l’écoulement mais aussi générer des instabilités purement élastiques. L’état turbulent correspondant a été analysé par des simulations numériques, qui mettent en évidence les différences entre les cas viscoélastique et newtonien.


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    This thesis encompasses numerical and theoretical work within the general framework of polymers in fluid flows. The first part concerns the study of single polymer dynamics and statistics, a subject of interest in the research on mechanical properties of biomolecules and in rheology. By means of stochastic methods and of new numerical algorithms the motion of a single molecule in an external flow has been analyzed in detail, and its statistics has been studied. In particular the probability distribution functions of extension and orientation of the molecule, as well as the dynamical timescales of the system, can be derived both in laminar and random flows. The second part of the thesis refers to the dynamics of dilute polymer solutions which appears in technological and industrial applications as well as in complex fluid dynamics. The stability properties of a polymer solution in a Kolmogorov flow have been inferred by means of multiple-scale perturbation techniques. The presence of polymers results in a stabilization of the flow, but can also generate purely elastic instabilities. The corresponding turbulent dynamics is analyzed direct numerical simulations, and the viscoelastic and the Newtonian cases are compared.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (xviii-176 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de parties

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  • Bibliothèque : Université Nice Sophia Antipolis. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 06NICE4073
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