Caractérisation fine de l’influence de la viscoélasticité sur un processus d’atomisation

par Louise Cottier

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Christophe Dumouchel.


  • Résumé

    L’influence de la viscoélasticité sur le processus d’atomisation de jets cylindriques libres basse-vitesse est étudiée. Une analyse temporelle de stabilité faiblement non-linéaire est effectuée. Le cas viscoélastique se distingue du cas Newtonien par la nature dynamique et non-linéaire de l’équation rhéologique constitutive. Ceci implique l’existence d’une solution supplémentaire de la relation de dispersion et la nécessité d’une condition initiale supplémentaire à la fermeture du problème aux valeurs initiales. Les résultats de cette analyse montrent que l’ajout de viscoélasticité tend à réduire la stabilité des jets et la production de gouttes secondaires. Une étude expérimentale est également effectuée. Les paramètres étudiés sont la vitesse d’injection et de la masse molaire des polymères contenus dans la solution. Un large nombre d’images hautement résolues en espace et non-corrélées dans le temps est pris en des positions successives du jet. A partir de l’analyse statistique de ces images et en utilisant l’outil de description multi-échelles, l’évolution de la déformation des jets est étudiée. Les résultats mettent en évidence l’existence d’un mécanisme de dégradation des polymères par le processus d’injection et durant le régime élasto-capillaire. Cette dégradation augmente avec la vitesse d’injection et avec la masse molaire des polymères. L’ajout de viscoélasticité a également pour conséquence d’augmenter la longueur de rupture des jets, d’augmenter le diamètre des gouttes principales, et de diminuer la proportion de gouttes satellites.

  • Titre traduit

    Fine characterization of the influence of viscoelasticity on an atomization process


  • Résumé

    The influence of viscoelasticity upon the atomization process of free cylindrical low-velocity jets is studied. A weakly nonlinear temporal stability analysis is carried out. The viscoelastic case distinguishes from the Newtonian case by the dynamical and nonlinear nature of the rheological constitutive equation. This implies the existence of a supplementary solution to the dispersion relation and the need of a supplementary initial condition to close the initial-value problem. The results of this analysis show that viscoelasticity tends to reduce jets’ stability and the production of secondary drops. An experimental study is also carried out. The studied parameters are the injection velocity and the molar mass of the polymers contained in the solution. For each jet, a large amount of high spatial resolution and time uncorrelated images is taken at successive positions downstream the jet. The evolution of the jet’s deformation is studied through statistical analysis of the images and using the multi-scale description tool. The results demonstrate the existence of a polymer degradation mechanism occurring during the injection process and during the elastocapillary regime. This degradation increases with the injection velocity and the polymers’ molar mass. Addition of viscoelasticity also causes an increase in the jets’ break up length, an increase in the main drops’ diameter and a decrease in the satellite drops’ proportion.


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