Étude de l'écoulement d'un film alimenté par condensation sous un plan incliné

par Hélène Katz

Thèse de doctorat en Mécanique appliquée et matériaux

Sous la direction de Dominique Barthès-Biesel.

Soutenue en 1989

à Compiègne , dans le cadre de École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne) .

mots clés

• Bourrelet
• Écoulement rampant
• Écoulement à l'envers
• Films liquides (physique)
• Mécanique des fluides
• Mouillage (chimie des surfaces)
• Écoulement bidimensionnel
• Épaisseur -- Mesure
• Condensation

Résumé

L'étude de ce type de film, s'écoulant sous un support, a été effectuée expérimentalement, dans un premier temps. On a ensuite modélisé les phénomènes observés. Dans une enceinte maintenue sous faible pression, on condense un jet de vapeur d'eau sous un substrat refroidi maintenu face au jet. Le condensat ne se transforme pas spontanément en film et l'on doit passer un réglet dessus pour former un film. Il ne peut être obtenu que sur des substrats sur lesquels les gouttes condensées laissent des rivulets plats derrière elles lorsqu'elles descendent le long du substrat. On mesure ensuite les épaisseurs de fil par une méthode capacitive originale, et les débits condensés moyens par pesée. On observe que les épaisseurs de fil peuvent être très supérieures à celles calculées par la relation de poiseuille utilisant le débit condensé. Par contre, on a pu mettre en évidence une corrélation entre épaisseurs de films et qualité de mouillage des substrats. D'un point de vue théorique, on a tenté de rendre compte de l'influence des conditions aux limites, c'est-a-dire du mouillage, sur l'épaisseur des films. On a modélisé la forme du film en écoulement en deux dimensions, en bas, en haut, et sur les cotés. Au bas, on a modélisé la forme du bourrelet statique. Notre modèle rend bien compte des formes de bourrelets observées expérimentalement.

Titre traduit

Flow of a condensation-fed liquid film under an inclined plate

Résumé

The study of this kind of liquid films, flowing under a plate, has first been performed experimentally. The observed phenomenons were then modelised. In a low pressure vessel, a water vapour jet is condensed under an inclined plate placed right above the jet. Whether the condensate is a drop wise or a film wise one depends on the wettability properties of the substrate. Most often, drop wise condensation happens, drops forming more or less flat rivulets as they go down the plate, and one has to pass a right metallic piece on the condensate to get a film. Once the film is obtained, its thickness is determined by an original capacitance measurement. The medium flow rate is obtained by weighting. One observes that the films thicknesses can be ten times greater than the Poiseuille calculated ones, using the experimental flow rate. Nevertheless, a correlation between films thicknesses and substrates wettability has been pointed out. Theoretically, we have tried to take the flow boundary conditions into account, modelising the films shapes at the top, at the bottom, and on both sides. At the bottom, we have modelised the tank roll shape. Our calculated shape seems to agree well with the experimental one.