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Thèse Année : 2014

Low-Reynolds-Number gravity-driven migration and deformation of bubble(s) and/or solid particle(s) near a deformable free surface

Dynamique non-inertielle de bulle(s) et/ou particule(s) solide(s) au voisinage de la surface d’un liquide soumis à la gravité

Résumé

This thesis is devoted to the bubble(s) and solid particle(s) interactions near the surface of a liquid subject to gravity. Such case occurs during industrial glass process when bubbles and impurities, driven by gravity, gather below the surface of the liquid molten glass. The present work numerically investigates, in the viscous flow regime, the evolution in time of each interface (bubbles and molten glass surface) shape together with the thickness of the film occurring between two closes surfaces (drainage phenomenon). On each interface a competition takes place between different forces: the capillary one modeled by the interface uniform surface tension, the gravity one and the viscous one due to the liquid flow. The relative magnitude of these effects is estimated using the Bond number (comparing the gravity term to the capillary term) and the capillary number (comparing the viscous term to the capillary term) which are of the same order for particles with negligible inertia. The surface tension effect has been then quantified and discussed in a large range of Bond number for one bubble, several bubble(s) and clusters made of bubble(s) and solid particle(s).
La thèse porte sur les interactions entre des bulles et/ou des particules solides situées à proximité de la frontière d'un liquide soumis à l'action de la pesanteur. Cette situation est notamment rencontrée pour les bains de verre liquide dans lesquels les bulles et les impuretés se concentrent sous l'action de la seule gravité au voisinage immédiat de la surface du verre. Ce travail étudie numériquement, dans le cadre des écoulements visqueux, l'évolution temporelle de la déformation de chaque interface (bulle(s) et surface du verre) et de l'épaisseur du film liquide entre deux surfaces proches (phénomène de drainage). Sur chaque interface interviennent des forces capillaires (mesurées par la tension de surface uniforme), des forces de pesanteur et enfin des forces visqueuses dues à l'écoulement. L'importance relative de ces efforts est mesurée par le nombre de Bond (comparant termes de gravité et termes capillaires) et le nombre capillaire (comparant termes visqueux et termes capillaires) qui pour nos particules d'inertie négligeable sont du même ordre de grandeur. L'influence des tensions de surface et du nombre de Bond a ainsi été mise en évidence et commentées dans les cas d'une seule bulle, de plusieurs bulles et enfin de bulles et de sphères solides.
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Dates et versions

tel-01137987 , version 1 (31-03-2015)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01137987 , version 1

Citer

Marine Guemas. Low-Reynolds-Number gravity-driven migration and deformation of bubble(s) and/or solid particle(s) near a deformable free surface. Fluid mechanics [physics.class-ph]. Ecole Doctorale Polytechnique, 2014. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01137987⟩
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