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Thèse Année : 2000

Ruissellement en conditions de mouillage partiel

Résumé

Many everyday situations and industrial applications involve a fluid flowing over an inclined surface under partial wetting conditions. At low flow rate, stationary dry patches can exist within a flowing film, which may lead to a loss of efficiency of heat exchangers. We made a systematical experimental study involving a film of silicone oil flowing over an inclined plane, which was properly coated in order to obtain a finite static contact angle. We show that stationary dry arches with a well defined and reproducible shape exist within a range of flow rates. They are swept away by the flow above a critical flow rate. We suggest a model for these phenomena, based on a subtle equilibrium between gravity, capillarity and viscosity, which explains the behaviour of the system in a wide range of parameters. At the lowest order, the equilibrium of the liquid ridge which forms near the contact line results from a balance between its weight and capillary forces, and for high contact angles and low inclinations of the plate, secondary effects arising from the curvature of the contact line and hydrostatic pressure within the film become non-negligible and set the stability of the system. We also studied drops running over an inclined plate, which exhibits various flow regimes. Depending on their velocities, drop can be oval, cornered or pearling. We suggest an interpretation of the existence of cornered drops, based on a model of dynamical contact angles. Finally, we present a few qualitative results on the flow of water over an array of tubes similar to those present in some heat exchangers.
L' écoulement d'un fluide sur une surface inclinée en conditions de mouillage partiel existe dans de nombreuses situations de la vie courante et dans des applications industrielles variées. A faible débit, des zones sèches stationnaires peuvent exister au sein d'un film en ruissellement, qui compromettent le fonctionnement de certains échangeurs de chaleur. Nous avons entrepris une etude expérimentale systématique de l' écoulement d'un film d'huile silicone sur un plan incliné convenablement traité pour obtenir un angle de contact statique fini. Nous montrons que des zones sèches stationnaires de forme bien définie et reproductible existent dans une certaine gamme de débit, et qu'elles sont supprimées au dessus d'un débit critique. Nous proposons une modélisation de ces phénomènes basés sur de subtils équilibres entre les effets de la gravité, de la viscosité et de la capillarité rendant compte des observations dans une large gamme de paramètres. Au premier ordre l' équilibre du bourrelet liquide délimitant une zone sèche résulte d'une compensation de son poids par les effets capillaires, et pour les forts angles de contact et des inclinaisons faibles du plan de l'écoulement, des effets secondaires liés à la courbure de la ligne de contact et à la pression hydrostatique dans le film jouent un rôle non négligeable et déterminent la stabilité du système. Nous avons également abordé le ruissellement de gouttes sur un plan incliné, pour lequel nous mettons en évidence l'existence de régimes d'écoulement variés. Suivant leur vitesse, les gouttes peuvent être ovales, pointues ou perlantes. Une interpr etation de l'existence du régime de gouttes pointues basée sur un modèle d'angle de contact dynamique est proposée. Enfin, nous présentons quelques résultats qualitatifs sur l'écoulement d'eau dans un faisceau de tubes tel qu'on en rencontre dans certains échangeurs de chaleur.
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Dates et versions

tel-00003231 , version 1 (04-08-2003)

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  • HAL Id : tel-00003231 , version 1

Citer

Thomas Podgorski. Ruissellement en conditions de mouillage partiel. Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00003231⟩
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