Stabilité de l'écoulement multicouche de films newtoniens sur un plan incliné

par Séverine Millet

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Hamda Ben Hadid et de Valéry Botton.

Soutenue en 2007

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Le travail présenté est une analyse de stabilité linéaire de l'écoulement de films superposés de fluides non newtoniens sur un plan incliné. La connaissance des conditions d'apparition des instabilités dans ce type d'écoulements intéresse particulièrement le secteur industriel faisant appel à des méthodes de couchage. Il est en effet intéressant de pouvoir maîtriser le déclenchement des instabilités en vue de les empêcher de nuire à la qualité du résultat. Nous nous sommes intéressés au cas de fluides rhéofluidifiants, dont la viscosité est décrite par la loi de Carreau. Une première partie est consacrée au cas d'une seule couche. Trois approches complémentaires sont exploitées : une approche asymptotique, considérant un comportement faiblement non newtonien dans la limite des grandes longueurs d'onde, une approche phénoménologique utile à la compréhension des mécanismes de l'instabilité et une approche numérique. Cette dernière s'appuie sur la résolution sous forme d'un problème aux valeurs propres de l'équation d'Orr-Sommerfeld généralisée par la méthode spectrale de collocation de Tchebychev. Ce travail est étendu par une étude à deux couches. Nous avons mis en évidence les effets de chaque paramètre sur la stabilité de l'écoulement (propriétés rhéofluidifiantes, tensions de surface, rapport des débits, densités et viscosités). Enfin, en vue de découvrir l'origine des instabilités, un bilan énergétique a été formulé afin d'identifier les termes qui produisent de l'énergie. Nous avons montré le rôle joué par le cisaillement aux interfaces pour expliquer l'influence des propriétés rhéofluidifiantes sur les différentes contributions du bilan énergétique.

  • Titre traduit

    = Stability study of non Newtonian multilayer film flows down an inclined plane


  • Résumé

    We study the stability of stratified Newtonian or non Newtonian fluids flow down an inclined plane. This problem is of interest in many applications such as simultaneous coating of multiple layers. One of the defects encountered in this process is the onset of instabilities which cause ripples responsible for the degradation of the coating uniformity. We focused on fluids obeying the Carreau model. This model accurately describes the rheological behavior of fluids like polymers suspensions and melts and is particularly suitable to free surface flow issues. The first part is devoted to one layer case. Three complementary approaches have been used: an asymptotic approach considering a weakly non-Newtonian behavior in the limit of long waves, then a phenomenological approach in order to describe the instability mechanisms, and at last a numerical solution of the general case. A spectral Tau collocation method based on Tchebychev polynomials is used for the discretization of the generalized Orr-Summerfeld eigenvalue problem. We mainly focus on the effects of shear-thinning properties on the flow stability. The work was extended by the study of two-layer film flows. We highlighted the influence of a shear-thinning rheology, surface tensions, viscosity and density stratification on the stability. We combined this study with an energy budget to explain the differences on the stability according to the parameters. We investigated the key role played by the shear stress at the interfaces to explain these phenomena and the influence of the shear-thinning properties on the different contributions of the energy balance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (176 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. [173]-176

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3217)
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.