Développement d'outils numériques et expérimentaux dédiés à l'étude de l'évaporation en présence de ligne triple

• Auteur / Autrice : Loïc Tachon
• Direction : Stéphan Guignard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance le 14/04/2011
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
• Jury : Président / Présidente : Marc Prat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphan Guignard, Lounès Tadrist, Fabrice Onofri
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Vincent, Marc Miscevic

Mots clés

Mots clés contrôlés

Évaporation

Transfert de chaleur

Analyse numérique

Interfaces gaz-liquide

Simulation, Méthodes de

Modèles mathématiques

Mots clés libres

Ligne de contact

Changement de phase

Évaporation

Maillage mobile

Suivi d'interface

Interface

Angle de contact

Contact line

Phase change

Evaporation

Front-tracking

Moving-mesh

Interface

Contact angle

Résumé

Les travaux réalisés au cours de cette thèse visent à apporter une aide à la compréhension des mécanismes régissant l'évaporation des films liquides. La physique des problèmes à changement de phase avec ligne de contact est gouvernée par des mécanismes agissant au niveau de ces dernières ainsi qu'au niveau des interfaces gaz-liquide. La description géométrique des interfaces est donc un point clef dans cette étude tant d'un point de vue numérique qu'expérimental. Un outil numérique tridimensionnel de suivi d'interface infiniment fine a été créé afin d'anticiper la simulation numérique de ces problèmes. Cet algorithme repose sur une description quadratique de l'interface qui est une surface du maillage. L’ordre de convergence de cette méthode relatif à différentes caractéristiques (courbure, normale, position) de l'interface ainsi que sa qualité conservative ont été étudiés.Parallèlement à cette approche numérique, une technique expérimentale d'inversion optique a été développée. Celle-ci permet la mesure dynamique du profil d'une interface au voisinage de la ligne de contact dans le cadre de fluide très mouillant. Cette méthode, appliquée dans le cadre d'un problème de film en évaporation quasi axisymétrique a permis, dans le cadre d'une expérience simple, une première quantification des flux de chaleur et de masse échangés au niveau de la ligne de contact.

The tasks fulfilled during this study aim at providing tools for understanding the mechanisms of liquid film evaporation. Evaporation in the presence of a triple lines is ruled by physical mechanisms acting on these singularities as well as on the gas liquid interfaces. Thus, the interface description, under it numerical as experimental aspects, is a key point of this study. A numerical tridimentionnal sharp interface tracking tool has been developed to be used in further numerical simulation of the evaporation problem. In this algorithm, the interface is described as a quadratic grid surface. Its convergence orders relatively to geometrical parameters of the interface (curvature, normal, position) has been studied.In the mean time, an experimental optical inversion technique has been developed and validated. It allows a dynamic measurement of the interface shape in the vicinity of the triple line of highly wetting fluid. This method has been applied to the case of a quasi axisymetric evaporating film and provides a first quantification of the heat and mass transfers generated by the triple line region.