Étude des phénomènes interfaciaux à micro-échelle

Study on micro-scale interface phenomena

• Auteur / Autrice : Yining Wu
• Direction : Huai Zhi Li, Youguang Ma
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 30/06/2015
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Université de Tianjin
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Chao Yang
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hui Liu, Laurence Gorre-Talini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bulles

Gouttes

Mécanique des fluides

Fluides magnétiques

Microfluidique

Mots clés libres

Microfluidique

Gouttelette

Bulle

Gouttelette satellite

Ferrofluide

Formation

Rupture

Coalescence

Microfluidic

Droplet

Bubble

Satellite droplet

Ferrofluid

Formation

Breakup

Coalescence

Résumé

Cette thèse a étudié de façon systématique les processus de la rupture et de la coalescence impliquant une interface liquide-liquide (gouttelettes) ou gaz-liquide (bulles) en présence ou pas d’un champ magnétique dans des dispositifs microfluidiques, à l’aide d’une caméra rapide. Les mécanismes de la rupture d’une interface ferrofluide sous différents champs magnétiques ont été étudiés et comparés. On a constaté que la structure morphologique et la vitesse d’amincissement du cou peuvent être contrôlées activement par la force magnétique. Ainsi, le volume et la fréquence de formation de gouttelettes de ferrofluide peuvent être pilotés aisément. La rupture de l'interface liquide-liquide a généralement conduit à la formation de gouttelettes satellites avec sa taille proportionnelle au nombre capillaire de la phase continue. La coalescence des gouttelettes ont aussi été étudiée avec l’analyse de l'évolution du cou reliant deux gouttelettes. Il a été constaté que la formation du pont ou du cou liquide pouvait se produire dans la gamme de l'ordre de dizaines de micromètres entre les bords d'attaque sous champ magnétique. L'inertie d’origine d'attraction magnétique sur des gouttelettes de ferrofluide devenait la force motrice pour la coalescence lors de la première étape au détriment de la force capillaire

This thesis systematically investigates the breakup and coalescence processes of the involved droplet (bubble) interface under magnetic field or not in two-phase microfluidic flow, by using a high speed digital camera. The whole breakup processes of ferrofluid interface under different magnetic fields were investigated and compared. It was found that the morphological structure and necking velocity of the interface can be actively controlled by the magnetic force. Thus the volumes and the formation frequencies of ferrofluid droplets can be actively adjusted. The breakup of Liquid-Liquid interface usually leads to the formation of satellite droplet with its size proportional to the capillary number of the continuous phase. The coalescences of droplets were investigated. The evolution of the neck connecting two droplets was analyzed. It was found that the formation of liquid bridge or neck could occurs with a visible gap in the order of tens of micrometers between the leading edges under magnetic field and the inertia of the ferrofluid originating from the magnetic attraction fields becomes the driving force at the initial stage of coalescence instead of capillary force