17 research outputs found

    Breaking of rotational symmetry in a swirling jet experiment

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    International audienceIn this experimental investigation, the dynamics of symmetry-breaking instabilities in swirling jets is analyzed for swirl parameters S in the pre-breakdown range O=S=Sc, where Sc=1.3 is the critical swirl value for the appearance of vortex breakdown determined by Billant, Chomaz, and Huerre [J. Fluid Mech. 376, 183 (1998)]. As S is increased, three distinct dynamical regimes have been identified in the streamwise region extending to the end of the potential core. In the low swirl range S < 0.6, the evolution is governed by the same instability mechanisms as in a nonswirling jet. The shear in axial direction generates axisymmetric vortex rings at a Strouhal number independent of the swirl S. As S increases, the amplitude of the axisymmetric mode decreases in magnitude. Concurrently, co-rotating streamwise vortices form in the braids connecting the rings due to a secondary instability mechanism. The advection by the mean rotation of these secondary structures generates an azimuthal wave propagating cyclonically when compared to the imposed rotation, at a phase velocity proportional to swirl. When swirl reaches the transitional swirl level S ~0.6, no azimuthal or standing wave is observed, and the swirling jet is completely dominated by the development of the axisymmetric mode into ring vortices. In the intermediate swirl range 0.6 < S =1, vortex rings form concurrently with several interacting helical cyclonic waves of azimuthal wave number 2. The mean phase velocity of the resulting propagating wave increases at a constant rate with swirl, and much more rapidly than in the low swirl regime. In this swirl range, azimuthal and axisymmetric deformations are of comparable high levels. In the high swirl range 1 < S < 1.3, another step toward complexity is reached, and there is a strong interaction between the azimuthal waves and the ringlike structures. The most striking feature of this flow regime is the emergence of a bending mode m=1 propagating with a high negative phase velocity. © 2003 American Institute of Physics

    Absolute and convective instabilities of a swirling jet/wake shear layer

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    International audienceThe absolute (AI)/convective (CI) nature of the instability is determined in the family of swirling jet/wake shear layers considered by Martin and Meiburg [Phys. Fluids 6, 424 (1994)] and Lim and Redekopp [Eur. J. Mech. B/Fluids 17, 165 (1998)]. This idealized model includes as essential ingredients both the centrifugal instability associated with the swirl difference and the Kelvin-Helmholtz instability associated with the swirl and axial velocity differences between the core and the outer flow. Centrifugally stabilizing or destabilizing swirl differences are found to promote AI, but a centrifugally destabilizing configuration is more effective in triggering such a transition. For sufficiently large swirl differences, both co-flowing jets and wakes may become AI. In the case of jets, a centrifugally destabilizing swirl difference first brings about AI via the axisymmetric mode m=0 in a large range of mean swirl values. By contrast, a centrifugally stabilizing swirl difference triggers AI via the helical mode m=-8. In the case of wakes, a centrifugally destabilizing swirl difference leads to AI via the bending mode m-1 whereas a centrifugally stabilizing swirl difference triggers AI via various negative helical modes m=-1,-2, etc. © 2000 American Institute of Physics

    Spatial Holmboe instability

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    International audienceIn mixing-layers between two parallel streams of different densities, shear and gravity effects interplay; buoyancy acts as a restoring force and the Kelvin-Helmholtz mode is known to be stabilized by the stratification. If the density interface is sharp enough, two new instability modes, known as Holmboe modes, appear, propagating in opposite directions. This mechanism has been studied in the temporal instability framework. The present paper analyzes the associated spatial instability problem. It considers, in the Boussinesq approximation, two immiscible inviscid fluids with a piecewise linear broken-line velocity profile. We show how the classical scenario for transition between absolute and convective instability should be modified due to the presence of propagating waves. In the convective region, the spatial theory is relevant and the slowest propagating wave is shown to be the most spatially amplified, as suggested by intuition. Predictions of spatial linear theory are compared with mixing-layer [C.G. Koop and F.K. Browand, J. Fluid Mech. 93, 135 (1979)] and exchange flow [G. Pawlak and L. Armi, J. Fluid Mech. 376, 1 (1999)] experiments. The physical mechanism for Holmboe mode destabilization is analyzed via an asymptotic expansion that predicts the absolute instability domain at large Richardson number. © 2002 American Institute of Physics

    Dynamique d'avalanches sous-marines en cellule de Hele-Shaw

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    En inclinant un milieu granulaire immergé au-delà de son angle de stabilité, on provoque une avalanche. La durée de cette avalanche dépend de la taille du tas, et de la taille des grains et nous obtenons des avalanches pouvant durer plus de 8 heures ! Par contre la surface de chaque avalanche reste plate et l'angle du tas évolue en temps sur une portion d'une courbe unique. Des mesures par PIV (vélocimétrie par image de particules) donnent la vitesse des grains en paroi et montrent que l'avalanche démarre en quelques secondes seulement avant d'évoluer vers une lente relaxation de l'angle du tas. Une modélisation de l'écoulement par un coefficient de friction dépendant du cisaillement adimensionné permet de retrouver l'essentiel des résultats

    Connectivité des gouttes de matières grasse par des agrégats de protéiques et texturation des émulsions.

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    National audienceClassiquement, la texture des desserts lactés à pH neutre, est obtenue grâce à des épaississants ou des gélifiants. Dans certaines conditions, des agrégats de protéines laitières sont également capables de connecter les gouttelettes de l’émulsion et de texturer le système. Au cours de ces travaux, nous avons étudié la capacité de différents agrégats à texturer des émulsions tout en faisant le lien avec leurs propriétés d’adsorption et d’étalement à l’interface dans un mélange complexe contenant aussi des protéines solubles. L’objectif était de contrôler la compétition d’adsorption entre ces différentes espèces et au final, la composition interfaciale, afin de maîtriser la texture des émulsions. Les résultats montrent la possibilité de texturer les émulsions pendant l’homogénéisation (gel instantané) mais également au cours du stockage (gel différé), et ce, même pour des teneurs en matière grasse faible

    Creation of textured dairy emulsions by connecting oil droplets through whey protein aggregates

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    Heat treatment applied on whey proteins solutions causes protein denaturation and induces the formation of aggregates of different sizes and shapes depending on the experimental conditions. Even if cold gelation of whey protein aggregates is well known [1], their role in emulsions and their interfacial properties are less studied. Recent works showed that emulsions containing 30% of milk fat can be textured by modulating the ratio Aggregates (Ag)/Native Whey Protein (NWP) and by taking into account the size and the distance between droplets [2]. Based on these results, our challenge in this study was to texture emulsions with low oil volume fractions using aggregatesWe investigated the texture of dairy emulsions composed of 5-30% (w/w) of milk fat stabilized by a mixture of fractal aggregates having an average size of 240 nm and NWP. After homogenization (500 bars), emulsions were analyzed at 20°C by visual observation, granulometry, confocal laser microscopy and dynamic oscillatory measurements. When oil content was 30%, emulsions were already textured after homogenization at 60°C which is in contrast with 5% oil-in-water emulsions that remain liquid. Surprisingly, these low oil content emulsions texturize over time with increasing firmness. It is suggested that Ag allows the formation of a network by connecting oil droplets leading to emulsion texture. Tuning the Ag/NWP ratio induces very different textures for these low oil content emulsions ranging from heterogeneous systems exhibiting syneresis for 2 and 0.1% (w/w) of Ag and NWP respectively to smooth and stable emulsions for 3% of Ag and the same proportion of NWP. Confocal laser microscopy evidenced a rough microstructure with serum pores for emulsions with 2% of Ag and 0.1% (w/w) of NWP (Figure 1A) whereas more homogeneous systems were observed for 3% of Ag (Figure 1B). Moreover, rheological properties of these emulsions are recovered after shearing that could be very interesting for food application perspectives (Figure 1C).In conclusion, tuning Ag/NWP ratio can be a tool to control and guide emulsion texture even at low oil volume fraction by creating a network. In this way, fractal aggregates may be an alternative to additives use in dairy emulsion

    Comment la compétition pour l’adsorption à l’interface, entre protéines solubles et agrégées, permet de contrôler la texture des émulsions laitières

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    Les desserts lactés sont des produits émulsionnés très appréciés pour la variétédes textures qu’ils proposent. Pour les produits acidifiés type yaourts, la texture dépend de la formation du réseau de caséines mais pour les produits àpH neutre, elle est obtenue par l’utilisation d’agents épaississants ou gélifiants. Cependant la présence de protéines pré-agrégées, peut suffire pour texturer une émulsion en connectant les gouttelettes pour former un réseau. Dans ce travail, nous avons recherchéquelles étaient les conditions optimales permettant de développer ce réseau et de générer des textures plus ou moins fermes. Pour cela, nous avons testé différents types d’agrégats de protéines sériques, fractals ou globulaires, en mélange avec des protéines solubles afin de mieux comprendre les phénomènes de compétition pour l’interface durant les phase d’homogénéisation de la phase grasse. En variant la concentration et le ratio protéines solubles/agrégées ainsi que la fraction volumique de la phase grasse et la taille des gouttelettes d’émulsion, nous avons construit des diagrammes d’état mettant en évidence trois comportement rhéologique. Un premier domaine concerne des émulsions liquide qui restent fluides au stockage, un second, d’émulsion gélifiées en sortie d’homogénéisation et un dernier, présentant un comportement liquide en sortie d’homogénéisation mais qui gélifient lors du refroidissement/stockage. Nous avons pu expliquer ces différents comportements par la composition de l’interface, la structure des agrégats et la distance moyenne entre gouttelettes. La texturation des émulsions est régie par la formation de liaison covalentes de type SS mais également par des liaisons de faibles énergie. La réversibilitéde ces dernières permet à ces émulsions gélifiées de présenter une capacitéde cicatrisation après cisaillement. La mise en œuvre de cette technique nécessite cependant une grande maitrise de la composition des mélanges protéiques et de la taille des gouttelettes car elle est très sensible àdes effets de seuil et àla présence d’autres tensioactifs même à faible concentration

    Comment la compétition pour l’adsorption à l’interface, entre protéines solubles et agrégées, permet de contrôler la texture des émulsions laitières

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    Les desserts lactés sont des produits émulsionnés très appréciés pour la variétédes textures qu’ils proposent. Pour les produits acidifiés type yaourts, la texture dépend de la formation du réseau de caséines mais pour les produits àpH neutre, elle est obtenue par l’utilisation d’agents épaississants ou gélifiants. Cependant la présence de protéines pré-agrégées, peut suffire pour texturer une émulsion en connectant les gouttelettes pour former un réseau. Dans ce travail, nous avons recherchéquelles étaient les conditions optimales permettant de développer ce réseau et de générer des textures plus ou moins fermes. Pour cela, nous avons testé différents types d’agrégats de protéines sériques, fractals ou globulaires, en mélange avec des protéines solubles afin de mieux comprendre les phénomènes de compétition pour l’interface durant les phase d’homogénéisation de la phase grasse. En variant la concentration et le ratio protéines solubles/agrégées ainsi que la fraction volumique de la phase grasse et la taille des gouttelettes d’émulsion, nous avons construit des diagrammes d’état mettant en évidence trois comportement rhéologique. Un premier domaine concerne des émulsions liquide qui restent fluides au stockage, un second, d’émulsion gélifiées en sortie d’homogénéisation et un dernier, présentant un comportement liquide en sortie d’homogénéisation mais qui gélifient lors du refroidissement/stockage. Nous avons pu expliquer ces différents comportements par la composition de l’interface, la structure des agrégats et la distance moyenne entre gouttelettes. La texturation des émulsions est régie par la formation de liaison covalentes de type SS mais également par des liaisons de faibles énergie. La réversibilitéde ces dernières permet à ces émulsions gélifiées de présenter une capacitéde cicatrisation après cisaillement. La mise en œuvre de cette technique nécessite cependant une grande maitrise de la composition des mélanges protéiques et de la taille des gouttelettes car elle est très sensible àdes effets de seuil et àla présence d’autres tensioactifs même à faible concentration

    Comment la compétition pour l’adsorption à l’interface, entre protéines solubles et agrégées, permet de contrôler la texture des émulsions laitières

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    Les desserts lactés sont des produits émulsionnés très appréciés pour la variétédes textures qu’ils proposent. Pour les produits acidifiés type yaourts, la texture dépend de la formation du réseau de caséines mais pour les produits àpH neutre, elle est obtenue par l’utilisation d’agents épaississants ou gélifiants. Cependant la présence de protéines pré-agrégées, peut suffire pour texturer une émulsion en connectant les gouttelettes pour former un réseau. Dans ce travail, nous avons recherchéquelles étaient les conditions optimales permettant de développer ce réseau et de générer des textures plus ou moins fermes. Pour cela, nous avons testé différents types d’agrégats de protéines sériques, fractals ou globulaires, en mélange avec des protéines solubles afin de mieux comprendre les phénomènes de compétition pour l’interface durant les phase d’homogénéisation de la phase grasse. En variant la concentration et le ratio protéines solubles/agrégées ainsi que la fraction volumique de la phase grasse et la taille des gouttelettes d’émulsion, nous avons construit des diagrammes d’état mettant en évidence trois comportement rhéologique. Un premier domaine concerne des émulsions liquide qui restent fluides au stockage, un second, d’émulsion gélifiées en sortie d’homogénéisation et un dernier, présentant un comportement liquide en sortie d’homogénéisation mais qui gélifient lors du refroidissement/stockage. Nous avons pu expliquer ces différents comportements par la composition de l’interface, la structure des agrégats et la distance moyenne entre gouttelettes. La texturation des émulsions est régie par la formation de liaison covalentes de type SS mais également par des liaisons de faibles énergie. La réversibilitéde ces dernières permet à ces émulsions gélifiées de présenter une capacitéde cicatrisation après cisaillement. La mise en œuvre de cette technique nécessite cependant une grande maitrise de la composition des mélanges protéiques et de la taille des gouttelettes car elle est très sensible àdes effets de seuil et àla présence d’autres tensioactifs même à faible concentration
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