Gouttes-sur-filament et taux de transfer de solutions viscoélastiques

Beads-on-a-string and transfer ratio for viscoelastic solutions

• Auteur / Autrice : Hrishikesh Pingulkar
• Direction : Jorge Peixinho
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides, énergétique, thermique, combustion, acoustique
• Date : Soutenance le 11/02/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire ondes et milieux complexes (Le Havre, Seine-Maritime)
• Jury : Président / Présidente : Michel Grisel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Crumeyrolle, Fábio Santos
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Günter Brenn, Sandra Lerouge

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solutions de polymère

Viscoélasticité

Mots clés libres

Solutions viscoélastique

Motif perle-sur-ficelle

Viscoelastic solutions

Beads on a string pattern

Liquid transfer

Résumé

Cette thèse traite de l'étirement uniaxial de ponts capillaires de solutions de polymères. Celle-ci se compose de deux parties expérimentales étudiant la dynamique des gouttes et le transfert du liquide. L'étirement des solutions de polymères viscoélastiques peut créer des gouttes-sur-le-filament. Les solutions sont préparées pour une large gamme de concentrations. L'étirement est quantifié à l'aide de diagrammes diamètre-espace-temps, qui démontrent la hiérarchie, l'asymétrie, la migration, l'oscillation et la fusion des gouttes. La position du diamètre minimum sur le filament est déterminée, ainsi que le nombre, les positions et les diamètres des gouttes. Le nombre maximum de gouttes peut être prédit en utilisant le temps de relaxation. Le diamètre minimum est utilisé pour calculer la viscosité élongationnelle. Puis, le transfert de liquide viscoélastique pour des ponts capillaires de forme cylindrique, entre deux plaques circulaires parallèles est étudié. En particulier, les effets de la concentration, de la viscosité du solvant, du diamètre de la plaque, des hauteurs initiale et finale, de la vitesse et de l'angle de contact sont présentés. Avec l'augmentation de la concentration et de la viscosité du solvant, le transfert vers la plaque supérieure diminue. L'augmentation de la hauteur d'étirement initiale et finale du pont capillaire diminue le transfert de liquide. La forme du pont capillaire initial est variée, et on constate un comportement opposé du transfert pour les solutions newtonienne et viscoélastique. Enfin, des simulations numériques sont présentées et montrent la formation de filament et une grosse goutte centrale de taille similaire aux expériences.

This thesis deals with uniaxial stretching of capillary bridges of polymer solutions. It consists of two experimental parts investigating drop dynamics and liquid transfer. The stretching of viscoelastic polymer solutions can create the drops-on-a-filament. Solutions are prepared with a wide range of concentrations. The stretching is quantified using diameter-space-time diagrams, which demonstrate hierarchy, asymmetry, migration, oscillation, and merging of drops. Also, position of minimum diameter on the filament is determined, along with number, positions and diameters of the drops. The maximum number of drops can be predicted using the characteristic relaxation time. The extracted minimum diameter is used to calculate extensional viscosity. Then, the viscoelastic liquid transfer for cylindrical-shaped capillary bridges, pinned on circular parallel plates is studied. Specifically, the effects of polymer concentration, solvent viscosity, plate diameter, initial and final stretching height, stretching speed, and contact angle are investigated. With the increase in polymer concentration and solvent viscosity, the liquid transfer to the top plate significantly reduces. The increase in the initial and final stretching height of the capillary bridge decreases the final liquid transfer to the top plate. The shape of the initial capillary bridge is studied by varying liquid volume introduced, and for the Newtonian and viscoelastic solutions, an opposite liquid transfer behaviour is noticed. Finally, numerical simulations for a liquid capillary bridge are reported and show formation of filament and a big central drop having size similar to the experimental value.