Dynamics and stability of a non-Newtonian falling film

par Symphony Chakraborty

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Neil Ribe.

Soutenue en 2012

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Dynamique et stabilité d'un film tombant non-Newtonien


  • Résumé

    A thin film of a non-Newtonian flowing down an inclined plane under the action of gravity is studied focusing on the effects of the fluid rheology on the complex wave dynamics that develops at the free surface. In chapter 3, the properties of the solitary waves, which organize the disordered dynamics of the Newtonian film, are considered. Direct numerical simulations (DNSs) of purely solitary waves have been performed and compared to the results from the four-equation model derived in [112]. The evolution of a power-law laminar film flow is considered in chapter 5 and modeled within the frame of the lubrication approximation by means of the weighted residual approach. Comparisons to Orr-Sommerfeld stability analysis and to DNS show convincing agreement in both linear and nonlinear regimes. A viscoplasctic film is modeled by the Herschel and Bulkley law and is presented in chapter 6. The elasticity of the pseudo-plug region close to the interface is taken into account by an elasto-visco-plastic constitutive relation derived by Saramito [121]. A model is derived in terms of four-equations for the film thickness, local flow rate and amplitudes of the normal and tangential stresses. A linear stability analysis gives values of the critical Reynolds number in remarkable agreement with the Orr-Sommerfeld analysis.


  • Résumé

    On étudie la dynamique d’un film mince d’un fluide non-newtonien s’écoulant sur un plan incliné sous l’action de la gravité en tenant compte des effets d’une rhéologie complexe sur la dynamique des ondes de surface. Au chapitre 3, les propriétés des ondes solitaires, qui organisent la dynamique désordonnée d’un film Newtonien, sont considérées. Des simulations numériques directes (DNSs) d’ondes solitaires ont été effectués et comparés aux résultats d’un modèle à quatre équations formulé dans [112]. Au chapitre 5, l’évolution d’un film de fluide en loi de puissance film est modélisée au moyen de l’approche aux résidus pondérés. Les comparaisons avec l’analyse de stabilité d’Orr-Sommerfeld et de la DNS est en bon accord dans les régimes linéaires et non linéaires. Un film de fluide viscoplastique est modélisé par la loi Herschel et Bulkley est étudié au chapitre 6. L’élasticité du pseudo-bouchon à l’interface est pris en compte par une relation constitutive élastovisco-plastique proposée par Saramito [121]. Un modèle est formulé en termes de quatre équations pour l’épaisseur du film, le débit local et les amplitudes des contraintes normales et tangentielles. Une analyse de stabilité linéaire donne des valeurs du nombre de Reynolds critique en bon accord avec l’analyse d’Orr-Sommerfeld.

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Informations

  • Détails : 1 vol. ([199] p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 177-187. 149 réf. bibliogr.

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  • Cote : T Paris 6 2012 368
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