Interactions hydrodynamiques dans les suspensions macroscopiques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2008

Hydrodynamic interactions in macroscopic suspensions

Interactions hydrodynamiques dans les suspensions macroscopiques

Résumé

This study addresses the hydrodynamics of non-Brownian viscous suspensions, through two model experiments.
The first one, of rheological type, characterizes the particle phase stresses in a sheared suspension of neutrally buoyant particles. The measuring method brings to light a particle pressure linear in shear rate, similar to osmotic pressure linear in temperature, in Brownian system.
Moreover the strong dependence of the induced normal stresses with concentration in particles is obtained in the range 0.30 to 0.50.
The second experiment focuses on fluidized bidisperse suspensions of buoyant particles. The efficiency of the fluidization to either segregate or mix particles of different sizes has been tested for various constant flow rates. For large enough size ratios, and whatever the concentration, a stationary segregated state does take place (monodisperse suspension of small particles fluidized on top of a monodisperse suspension of large particles). Collection of segregation velocities data enable to discriminate empirical sedimentation models proposed in literature. Our results are found to agree with Funamizu & Takakuwa'model, using only one adjusting parameter. However, for some concentrations and size ratios, our experimental system does not reach any stationary state. The fluidized bidisperse suspensions exhibit oscillations between segregated and homogeneous states: The segregation process is periodically stopped by an unexplained mixing phenomenon yet.
Ce travail concerne les suspensions macroscopiques en régime visqueux, pour lesquelles les interactions sont purement hydrodynamiques, au travers de deux expériences modèles.
La première, de nature rhéologique, vise à caractériser les contraintes de la phase particulaire dans une suspension isodense cisaillée. Elle met en évidence une pression des particules, proportionnelle au cisaillement imposé, analogue à la pression osmotique, proportionnelle à la température dans les systèmes Browniens. Les résultats obtenus pour des concentrations en particules allant de 0.30 à 0.50, indiquent que les contraintes normales induites dépendent fortement de la concentration.
La seconde expérience concerne des suspensions bidisperses fluidisées de particules plus denses que le fluide. L'efficacité de la fluidisation à ségréger ou à mélanger les particules de tailles différentes est testée pour différents débits imposés. Pour des rapports de tailles assez grands et quelle que soit la concentration, il existe un état ségrégé stationnaire (grosses billes seules surmontées de petites seules). Les vitesses de fronts de ségrégation permettent de discriminer les modèles empiriques proposés dans la littérature : le modèle de Funamizu & Takakuwa rend compte des mesures, avec un seul paramètre ajustable. En revanche, lorsque le rapport de tailles est inférieur à 4/3, et pour une certaine gamme de concentration, aucun état stationnaire n'est observé. Les suspensions oscillent entre états mélangés et états partiellement ségrégés avec une période variant avec la composition et la concentration : le processus de ségrégation est interrompu par un phénomène de mélange encore inexpliqué.
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Dates et versions

tel-00423044 , version 1 (09-10-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00423044 , version 1

Citer

Deboeuf Angélique. Interactions hydrodynamiques dans les suspensions macroscopiques. Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00423044⟩
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