Dynamique du revêtement par immersion de fluides complexes et son application rhéométrique

Dynamics in dip coating of complex fluids and its rheometric application

• Auteur / Autrice : Hengkuan David
• Direction : Cécile Lemaitre, Xian-Ming Zhang
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des Procédés, des Produits et des Molécules
• Date : Inscription en doctorat le 27/05/2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Zhejiang Sci-Tech University
• Ecole(s) doctorale(s) : SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LRGP - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Axe 5 - GENIE DES PRODUITS

Mots clés

Mots clés libres

Revêtement par trempage

Fluides complexes

Épaisseur du film

Mesure rhéométrique

Dip coating

Complex fluids

Film thickness

Rheometric measurement

Résumé

Objectifs de la thèse: 1. Fournir une description complète des régimes d'écoulement en termes de profil d'interface airliquide lors du retrait d'un cylindre partiellement mouillé d'un fluide newtonien, dans une large gamme de nombre capillaire et de rayon du cylindre 2. Étudier le mécanisme de transition du film entre les différents régimes d'écoulement et relier le nombre capillaire critique au rayon du cylindre et aux propriétés du liquide. 3. Étudier le mécanisme de formation du film dans chaque régime d'écoulement et relier l'épaisseur du film au rayon du cylindre et aux propriétés du liquide. Méthodologie de recherche: La formation et la transition du film sur un cylindre partiellement mouillé sont étudiées au moyen de la simulation et de la théorie de la lubrification. 1. Simulation numérique La méthode du volume de fluide (VOF) sera utilisée pour simuler l'ensemble du processus de dépôt de film sur une surface cylindrique partiellement mouillée afin de saisir le profil de l'épaisseur et de la vitesse du film. L'épaisseur du film simulé sera comparée à la littérature afin d'optimiser la distribution et le nombre de mailles dans le domaine de calcul, les paramètres de simulation et la stabilité de la convergence, de sorte que les résultats calculés puissent décrire avec précision la formation du film et le processus de transition. 2. Théorie de la lubrification La théorie de la lubrification pour les écoulements en couches minces est largement utilisée dans la dynamique des fluides. Elle repose sur l'hypothèse que l'écoulement est presque unidirectionnel. La théorie de la lubrification peut être simplifiée rationnellement sur la base de la distribution du film obtenue à partir de la simulation, puis la méthode de tir est utilisée pour obtenir les solutions numériques de la distribution du film et du Ca critique.

Thesis objectives: 1. Provide a comprehensive description of flow regimes in terms of air-liquid interface profile during the withdrawal of a partially wetted cylinder from a Newtonian fluid, over a wide range of capillary number and cylinder radius. 2. Investigate the film transition mechanism between different flow regimes and relate the critical capillary number to the cylinder radius and liquid properties. 3. Study the mechanism of film formation in each flow regime and relate film thickness to cylinder radius and liquid properties. Research methodology: Film formation and transition on a partially wetted cylinder are studied using simulation and lubrication theory. 1. Numerical simulation: The Volume of Fluid (VOF) method will be used to simulate the entire film deposition process on a partially wetted cylindrical surface in order to capture the film thickness and velocity profile. The simulated film thickness will be compared with the literature to optimize the distribution and number of meshes in the computational domain, the simulation parameters and convergence stability, so that the calculated results can accurately describe the film formation and transition process. 2. Lubrication theory Lubrication theory for thin-film flows is widely used in fluid dynamics. It is based on the assumption that the flow is almost unidirectional. Lubrication theory can be rationally simplified on the basis of the film distribution obtained from simulation, then the shooting method is used to obtain numerical solutions of the film distribution and the critical Ca.