Segmentation capillaire: phénomene d'évitement de l'étranglement

Un ligament, sous l'effet de sa tension de surface se rétracte en une seule goutte ou bien se segmente en plusieurs gouttelettes. Nous nous intéressons dans notre étude à un mécanisme nouveau qui empêche le ligament de se segmenter: l'évitement de l'étranglement. De nombreux chercheurs se sont penchés sur ce phénomène de segmentation, par exemple Schulkes (1996) et Notz et Basaran (2004). Des travaux encore plus récents (Hutchings et al 2012) ont permis de regrouper les données les plus significatives de Schulkes, Notz et Basaran sur un graphe pour prédire le destin d'un ligament liquide soumit à la seule force de sa tension de surface. On laisse tomber en chute libre une colonne liquide préalablement contenue dans une paille et on observe cette chute à l'aide d'une caméra rapide. La colonne liquide pendant sa chute se rétracte sous l'effet de sa tension superficielle, un cou se forme et tend à s'étrangler pour segmenter le cylindre liquide en deux . Brusquement, un phénomène inattendu se produit: le cou du bourrelet se ré-ouvre et l'étranglement est évité. Une inspection détaillée de ce phénomène montre que l'évitement est coïncident avec l’apparition d’un anneau tourbillonnaire à l’intérieur du bourrelet. La rétractation du ligament se caractérise par deux nombres, son rapport d'aspect et le rapport entre viscosité et l’effet moteur de l’inertie-capillarité, c’est le nombre de Ohnesorge. En prenant un ligament assez long nous avons trouvé une valeur critique de ce nombre Ohc au delà de laquelle se produit l'évitement. Nous montrerons ensuite que ce phénomène est en effet le mécanisme expliquant la frontière obtenue sur le graphe de Hutchings et al sur lequel nous avons superposé nos résultats permettant ainsi une bonne compréhension: l’évitement nous permet d'expliquer la structure de cette frontière. Références Castrejon-Pita, Alfonso A., Castrejon-Pita, J. R. & Hutchings, I. M. 2012 Breakup of liquid filaments. Phys. Rev. Lett. 108 (074506). Notz, Patrick K. & Basaran, Osman A. 2004 Dynamics and breakup of a contracting liquid filament. J. Fluid Mech. 512, 223–256. Schulkes, R. M. S. M. 1996 The contraction of liquid filaments. J. Fluid Mech. 309, 277–300

Etude de la transition bypass en couche limite au moyen de forçage stochastique.

La transition laminaire/turbulent en couche limite exposée à de la turbulence exterieure est un enchaînement complexe de mécanismes de réceptivité et d'instabilité. Dans un premier temps, les perturbations extérieures génèrent des stries longitudinales de haute et faible vitesse longitudinale par un mécanisme de croissance transitoire. Lorsque les stries atteignent une amplitude significative, des mécanismes de déstabilisation amènent à l'apparition de zones turbulentes, qui croissent et contaminent la couche limite en aval. Pour étudier la phase finale de la transition, nous soumettons la couche limite linearisée autour du profil de Blasius avec stries, à un forcage stochastique qui a la structure de corrélation spatiale de la turbulence homogène isotrope. La corrélation spatiale de l'écoulement ainsi forcé peut être obtenu par la résolution numérique de l'équation de Lyapunov. Nous montrons par ces calculs que la turbulence exterieure possède les caractéristiques nécessaire à l'excitation des phénomène de croissance transitoire primaire et secondaire, contribuant à une distorsion des stries, et menant à la génération de zones turbulentes à l'intérieur de la couche limite

Une instabilité d'origine visqueuse pour l'atomisation

Le cisaillement entre un jet liquide et le gaz qui l'entoure mène à une instabilité traditionnellement analysée en fluides parfaits. La viscosité fait apparaître de nouveaux modes de destabilisation. Nous étudions ici la compétitions de ces différentes instabilités. Les simulations sont poussées jusqu'au régime non linéaire de sorte à donner des pistes pour leur distinction expérimentale. Pour cela, un code de stabilité et un code de simulation directe sont utilisés

Réduction de modèle et contrôle en couche limite décollée, au moyen de modes globaux.

Nous utilisons les modes globaux bi-dimensionnels comme base de projection pour étudier la dynamique et en tant que modèle réduit pour contrôler un prototype de couche limite décollée. Une zone de recirculation est induite dans une couche limite par la présence d'une cavité. Une étude de croissance transitoire optimale montre que la famille de modes globaux fortement non-normaux est capable de représenter la croissance convective d'une perturbation initiale localisée. De plus, un modèle réduit de l'écoulement construit en projetant les équations de Navier-Stokes sur ces modes globaux permet de décrire correctement la dynamique. Nous utilisons ce modèle linéaire dans une procédure de contrôle optimal en boucle fermée, avec une sonde et un actionneur, et montrons que l'écoulement peut être stabilisé

Instability regimes in the primary breakup region of planar coflowing sheets

International audienceThis article investigates the appearance of instabilities in two planar coflowing fluid sheets with different densities and viscosities via experiments, numerical simulation and linear stability analysis. At low dynamic pressure ratios a convective instability is shown to appear for which the frequency of the waves in the primary atomization region is influenced by both liquid and gas velocities. For large dynamic pressure ratios an asymptotic regime is obtained in which frequency is solely controlled by gas velocity and the instability becomes absolute. The transition from convective to absolute is shown to be influenced by the velocity defect induced by the presence of the separator plate. We show that in this regime the splitter plate thickness can also affect the nature of the instability if it is larger than the gas vorticity thickness. Computational and experimental results are in agreement with the predictions of a spatio-temporal stability analysis

Vortices catapult droplets in atomization

International audienceA droplet ejection mechanism in planar two-phase mixing layers is examined. Any disturbance on the gas-liquid interface grows into a Kelvin-Helmholtz wave, and the wave crest forms a thin liquid film that flaps as the wave grows downstream. Increasing the gas speed, it is observed that the film breaks up into droplets which are eventually thrown into the gas stream at large angles. In a flow where most of the momentum is in the horizontal direction, it is surprising to observe these large ejection angles. Our experiments and simulations show that a recirculation region grows downstream of the wave and leads to vortex shedding similar to the wake of a backward-facing step. The ejection mechanism results from the interaction between the liquid film and the vortex shedding sequence: a recirculation zone appears in the wake of the wave and a liquid film emerges from the wave crest; the recirculation region detaches into a vortex and the gas flow over the wave momentarily reattaches due to the departure of the vortex; this reattached flow pushes the liquid film down; by now, a new recirculation vortex is being created in the wake of the wave--just where the liquid film is now located; the liquid film is blown up from below by the newly formed recirculation vortex in a manner similar to a bag-breakup event; the resulting droplets are catapulted by the recirculation vortex

Parallel simulation of multiphase flows using octree adaptivity and the volume-of-fluid method

International audienceWe describe computations performed using the Gerris code, an open-source software implementing finite volumesolvers on an octree adaptive grid together with a piecewise linear volume of fluid interface tracking method. Theparallelisation of Gerris is achieved by domain decomposition. We show examples of the capabilities of Gerris onseveral types of problems. The impact of a droplet on a layer of the same liquid results in the formation of a thinair layer trapped between the droplet and the liquid layer that the adaptive refinement allows to capture. It isfollowed by the jetting of a thin corolla emerging from below the impacting droplet. The jet atomization problemis another extremely challenging computational problem, in which a large number of small scales are generated.Finally we show an example of a turbulent jet computation in an equivalent resolution of 6 × 10243 cells. Thejet simulation is based on the configuration of the Deepwater Horizon oil lea

Stability and control of shear flows subject to stochastic excitations

In this thesis, we adapt and apply methods from linear control theory to shear flows. The challenge of this task is to build a linear dynamic system that models the evolution of the flow, using the Navier--Stokes equations, then to define sensors and actuators, that can sense the flow state and affect its evolution. We consider flows exposed to stochastic excitations. This framework allows to account for complex sources of excitations, often present in engineering applications. Once the system is built, including dynamic model, sensors, actuators, and sources of excitations, we can use standard optimization techniques to derive a feedback law. We have used feedback control to stabilize unstable flows, and to reduce the energy level of sensitive flows subject to external excitations.QC 2010083

Oblique Waves Lift the Flapping Flag

International audienceThe flapping of the flag is a classical model problem for the understanding of fluid-structure interaction: How does the flat state lose stability? Why do the nonlinear effects induce hysteretic behavior? We show in this Letter that, in contrast with the commonly studied model, the full three-dimensional flag with gravity has no stationary state whose stability can be formally studied: The waves are oblique and must immediately be of large amplitude. The remarkable structure of these waves results from the interplay of weight, geometry, and aerodynamic forces. This pattern is a key element in the force balance which allows the flag to hold and fly in the wind: Large amplitude oblique waves are responsible for lift

Réduction de modèle et contrôle en couche limite décollée, au moyen de modes globaux.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.International audienceNous utilisons les modes globaux bi-dimensionnels comme base de projection pour étudier la dynamique et en tant que modèle réduit pour contrôler un prototype de couche limite décollée. Une zone de recirculation est induite dans une couche limite par la présence d'une cavité. Une étude de croissance transitoire optimale montre que la famille de modes globaux fortement non-normaux est capable de représenter la croissance convective d'une perturbation initiale localisée. De plus, un modèle réduit de l'écoulement construit en projetant les équations de Navier-Stokes sur ces modes globaux permet de décrire correctement la dynamique. Nous utilisons ce modèle linéaire dans une procédure de contrôle optimal en boucle fermée, avec une sonde et un actionneur, et montrons que l'écoulement peut être stabilisé