Etude de la transition solide-liquide au sein d'un fluide thixotrope
par Ziad Ben Mohamed Zarrouk
Thèse de doctorat en Mécanique des milieux fluides
Sous la direction de Serge Huberson et de Sébastien Jarny.
Soutenue en 2010
à Poitiers .
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Résumé
Ce travail propose un modèle mathématique permettant de décrire le comportement thixotrope des suspensions de laponite. Ce modèle de comportement est élaboré afin de contrôler les propriétés physicochimiques de la suspension. Dans un premier temps, nous avons utilisé un modèle simple cinétique découlant directement du modèle d'Herschel-Bulkley. Par la suite nous avons mis en avant le modèle à double cinétique développé au cours de ce travail. Par la suite grâce aux techniques de mesures rhéologiques classiques, les protocoles de détermination des paramètres de ces deux modèles ont été mis en place. Une étude à l'échelle locale du comportement du fluide permettait de mieux comprendre comment s'organise la structure de la suspension en écoulement. Dans cette perspective nous avons, grâce à la technique de vélocimétrie par images de particules (PIV), réalisé des mesures de champs de vitesses locales. Ceci nous a permis d'observer le comportement de la suspension dans ses différents états, en écoulement et au repos. De plus, cette étude nous a permis de mettre en évidence dans le cas de la géométrie employée "disques coaxiaux", la formation d'un cône statique dont la taille dépend de la vitesse imposée au disque tournant. L'étude de la validité et de la bonne adéquation du modèle développé passe par une étude comparative mettant en jeux d'une part le modèle déjà existant d'Herschel-Bulkley et notre modèle. Une étude numérique faisant appel au code de calcul commercial Star-CD a été effectuée. Les deux modèles utilisés ont été introduits dans le code et des simulations ont été effectuées. La comparaison entre les résultats des mesures de PIV et les simulations ont mis en évidence que le modèle mis en place est plus représentatif de la physique de l'écoulement de la suspension de laponite que le modèle d'Herschel-Bulkley.
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Titre traduit
Study of solid-liquid transition in a thixotropic fluid
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Résumé
We have studied the behaviour of thixotropic fluids : especially the suspension of laponite. The study of the local level of this suspension, with the help of PIV technique, which allows to better understanding how the organisation of suspension structure when the fluid starts to flow. The study of the validation and the good response of the developed model are achieved by a comparative study between the existing model of Herschel-Bulkley and the measuring of velocity fields. In the case of studied geometry “coaxial disks”, the PIV experimental measuring allows us to identify the existence of two distinct layers when the fluid flows. Indeed, we have observed that the first layer is near to the rotating disc where the fluid is motionless and takes the form of a cone which corresponds to a region near the bottom of the cylinder. The use of commercial CFD code Star-CD has enabled us to highlight the limitations of the model of Herschel-Bulkley in relation to the experimental results. These results were used as reference for comparison with the model of dual kinetic behaviour developed in this work. It was shown that the behaviour of the latter model presents a better matching with the actual behaviour of the flowing suspension although some problems still remain.
