Realistic constitutive laws for polymer flows

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Simulation and modeling by realistic constitutive laws for polymer flows

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Comportement rheologique des melanges de polymeres incompatibles a l'etat fondu

SIGLEINIST T 73352 / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc

Détermination de la température d'un liquide polymère par fluorescence

Nous avons mis au point une technique de mesure de température non invasive basée sur la fluorescence du bis-pyrène propane. Cette molécule présente deux états excités : mono-mère et excimère, susceptibles d émettre des photons de longueurs d onde différentes lors du retour à l équilibre. Le rapport des intensités lumineuses émises par ces deux états est lié à la température du milieu, sa viscosité et sa nature chimique. Nous avons développé notre propre spectromètre pour étudier l influence de ces différents paramètres sur des liquides de faible viscosité puis sur des liquides polymères. Nous avons, par exemple, suivi la cinétique de cristallisation de deux poly"-caprolactones. Cette technique constitue un formidable outil de laboratoire pour l étude des relations entre écoulement et température des liquides.LYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF

On the viscosity of sodium alginates in the presence of external salt.

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Mousses de polymères (étude des procédés de synthèse et de mise en forme)

En raison de leurs propriétés : légèreté, isolation phonique et thermique, résistance aux chocs ... les mousses de polymères sont omniprésentes dans notre société. Dans ce travail, nous nous intéressons à l'élaboration de deux types de matériaux : les mousses de polyuréthanne et les mousses de polystyrène extrudées. Dans le cas du polyuréthanne, il existe un couplage fort entre la cinétique de polymérisation et l'expansion de la mousse. Pour le polystyrène, nous montrons que la formation de la mousse par un procédé d'extrusion est convenablement modélisée par une approche basée sur la théorie des distributions des temps de séjour. Nous avons tenté de relier l'anisotropie de morphologie d'une mousse à son anisotropie thermique en employant une approche expérimentale et numérique. Nous constatons que l'anisotropie de morphologie d'une mousse industrielle ne permet pas d'observer une anisotropie de champ de température.Polymer foams are used for many applications thanks to their properties: lightness, insulation, impact resistance ... In this work, we studied the elaboration of two kind of materials: polyurethane foam and extruded polystyrene foam. In the case of polyurethane, the correlation between the kinetic of polymerization and the foaming is important. For the polystyrene, we shown that the residence time distribution theory modelize properly the extrusion process. We found a relationship between the structural anisotropy and the thermal anisotropy coupling an experimental and a numerical approaches. The morphological anisotropy observed on industrial foam does not permit to observe the anisotropy of temperature field.PAU-BU Sciences (644452103) / SudocSudocFranceF

Numerical simulation of polymer flows using non-conforming finite elements

cited By 3International audienceIn this paper, we are interested in the simulation of polymer flows for high-Weissenberg numbers. The high-Weissenberg number problem (HWNP) is one of the main difficulties encountered for the numerical simulation of such flows. We develop a numerical approach for two non-linear models: the affine Phan-Thien and Tanner model and the Giesekus model. We consider the 2D case and triangular and quadrilateral meshes. The velocity and the pressure are approximated by non-conforming finite elements while the stress tensor is approximated by P 0 totally discontinuous finite elements. We have considered three popular test-cases: a simple channel, a 4:1 abrupt contraction and a cylinder. Comparisons with analytical solutions and experiences are performed, illustrating the good behavior of our code. Moreover, for the Oldroyd-B model, we have performed comparisons of drag values with data given in the literature. We have been able to obtain simulations for large values of Weissenberg number (Wi > 21 for the 4:1 contraction), our approach gives a realistic description of polymer flows.Dans cet article, nous nous intéressons à la simulation d'écoulements de polymères pour des nombres de Weissenberg élevés. Le problème du nombre de Weissenberg élevé (HWNP) est l'une des principales difficultés rencontrées pour la simulation numérique de tels écoulements. Nous développons une approche numérique pour deux modèles non linéaires : le modèle affine de Phan- Thien et Tanner et le modèle de Giesekus. Nous considérons le cas 2D et les mailles triangulaires et quadrilatérales. La vitesse et la pression sont approximées par des éléments finis non-conformes tandis que le tenseur des contraintes est approximé par des éléments finis P0 totalement discontinus. Nous avons considéré trois cas tests populaires : un canal simple, une contraction abrupte 4:1 et un cylindre. Des comparaisons avec des solutions analytiques et des expériences sont effectuées, illustrant le bon comportement de notre code. De plus, pour le modèle Oldroyd-B, nous avons effectué des comparaisons des valeurs de traînée avec les données données de la littérature. Nous avons pu obtenir des simulations pour de grandes valeurs du nombre de Weissenberg (Wi > 21 pour la con- traction 4:1), notre approche donne une description réaliste des écoulements de polymères

Simulation numérique des écoulements de liquides polymères

Il existe peu de codes commerciaux pour la simulation numérique des écoulements de liquides polymères. Les difficultés proviennent des propriétés intrinsèques des polymères, qui sont des fluides viscoélastiques non-newtoniens. Ceci implique un couplage entre la viscoélasticité du liquide et l écoulement, couplage quantifié par le nombre de Weissenberg. D un point de vue numérique, la source du problème est la perte de convergence des algorithmes lorsque ce nombre devient trop élevé. Cette thèse porte sur le développement de schémas numériques robustes pour la simulation de ces écoulements en considérant principalement le modèle de Giesekus. Nous nous sommes d abord intéressés au problème de Stokes et nous avons fait l étude d une méthode de Galerkin discontinue moins coûteuse et plus robuste que la méthode "Interior Penalty" classique. Nous avons fait une analyse a priori et a posteriori et nous avons mis en évidence les relations entre cette méthode dG et les éléments finis non-conformes. Les résultats théoriques obtenus ont été validés numériquement. Par la suite, nous avons considéré le modèle à trois champs de Giesekus. La vitesse et la pression sont approchées par éléments finis non-conformes tandis que l équation constitutive est traitée à l aide d éléments finis discontinus et d un schéma décentré de type Lesaint-Raviart. L analyse de ces schémas dans le cas quadrangulaire et triangulaire a été faite pour le problème de Stokes sous-jacent. Ces schémas ont ensuite été implémentés dans la librairie C++ Concha. Nous avons effectué des comparaisons avec des données expérimentales mettant en évidence le bon comportement du modèle de Giesekus mais aussi avec le code commercial Polyflow et une solution semi-analytique afin de valider nos schémas numériques. Nous avons obtenu des simulations réalistes pour des nombres de Weissenberg élevés sur des cas-tests populaires : écoulement autour d un cylindre, contractions 4:1 et 4:1:4.There exist few commercial codes for the simulation of polymer flows. The difficulties stem from the intrinsec properties of polymers which are viscoelastic non-Newtonian. This implies a coupling between the viscoelasticity of the liquid and the flow, quantified by the Weissenberg number. The source of the problem is the breakdown in the convergence of the algorithms at critical values of this number. This work is devoted to the development of robust numerical schemes for the simulation of polymer flows, mainly considering the Giesekus model. We have first focused on the Stokes problem and we proposed a discontinuous Galerkin method less expensive and more robust than the classical Interior Penalty method. We carried out an a priori and a posteriori error analysis and we highlighted the connections between our dG method and nonconforming finite elements. Then, we have considered the three-fields Giesekus model. The velocity and the pressure are approximated by nonconforming finite elements, whereas the stress tensor is treated by discontinuous finite elements and an upwinding scheme of Lesaint-Raviart type. The analysis for triangular and quadrilateral meshes has been performed for the underlying Stokes problem. All the schemes have been implemented in the C++ library Concha. Comparisons with experimental data have been carried out illustrating the good behaviour of the Giesekus model. Moreover, comparisons with the commercial code Polyflow and a semi-analytical solution have also been performed, validating our numerical schemes.We obtained realistic simulations for high Weissenberg numbers on typical benchmark problems such as flows past a cylinder, 4:1 and 4:1:4 contractions.PAU-BU Sciences (644452103) / SudocSudocFranceF

Robust approximation of Giesekus flow by nonconforming finite elements

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Optimization of an extrusion die for polymer flow

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