Drop dynamics of viscoelastic filaments

The stretching of viscoelastic polymer solutions close to breakup can create attached drops on a filament, whose properties and dynamics are little understood. The stretching of capillary bridges and the consecutive filament, until its breakup, can be quantified using diameter-space-time diagrams, which demonstrate hierarchy, as well as asymmetry of satellite drops around a big central drop. All drops experience migration, oscillation, and merging. In addition, the position of the minimum diameter on the filament is determined, along with the number of drops, their positions, the diameters of drops and the filament breakup time. The maximum number of drops on the filament can be predicted using the Deborah number. The diagrams also quantify the large Hencky strains in the filaments before pinch-off. The obtained minimum diameter is used to measure the extensional viscosity, which indicates the effect of polymer concentration and direction of filament thinning

Instabilités de convection thermo-électro-hydrodynamiques entre deux parois verticales : étude numérique

L’application d’un champ électrique alternatif inhomogène à un liquide diélectrique soumis à un gradient thermique induit une force diélectrophorétique analogue à la poussée d’Archimède. L’intérêt de cette étude est de comprendre le couplage entre les effets électro-hydrodynamiques et le transfert thermique dans un fluide incompressible entre deux plaques planes verticales avec un gradient thermique et un champ électrique. Les paramètres de contrôle de l’écoulement sont le nombre de Rayleigh (Ra) basé sur la gravité terrestre, le nombre de Rayleigh électrique (L) basé sur la gravité électrique, le nombre de Prandtl (Pr) et le coefficient thermique B de variation de la permittivité. Lorsque L < 1000, le champ électrique exerce un faible effet sur le seuil et la nature des modes d’instabilité de convection naturelle. Pour L ≥ 1000, le champ électrique induit un mode électrique qui interagit avec les autres modes hydrodynamiques ou thermiques selon la valeur de Pr [1-2]. Nous avons mené, par la méthode d’éléments finis sur Comsol, une étude de stabilité linéaire de l’écoulement en considérant la rétroaction du champ électrique sur le fluide. Ainsi, nous avons déterminé la nature et les seuils des différents modes d’instabilité pour différentes valeurs de L, Ra et Pr. A chaque valeur de Pr, correspond un point de codimension 2 dans le plan (L, Ra) où la branche du mode électrique coupe celle du mode hydrodynamique ou du mode thermique. Les branches des trois modes se coupent en un seul point appelé « point triple » pour Pr = 12.454. Nous avons mené des calculs (DNS) pour déterminer l’effet de L sur le transfert thermique (Nu) entre les plaques pour Pr ≤ 1. Références : [1] M. Takashima, H. Hamabata, J. Phys. Soc. Japan 53, 1728-1736, (1984) [2] B.L. Smorodin, Fluid Dyn. 36, 548-555, (2001

Multi-scale analysis of a viscoelastic liquid jet

WOS:000403628200001International audienceA multi-scale analyzing tool is now available to investigate the temporal evolution of two phase flows such as liquid systems experiencing an atomization process. Thanks to its multi-scale and global nature, it allows identifying all dynamics simultaneously involved in the process with no restriction of the liquid system shape. In the present work this multi-scale tool is applied on 2D visualizations of free falling jets of a low-viscosity viscoelastic solution. The jets are produced from a cylindrical discharge orifice and the liquid is a very dilute polymer solution containing 5 ppm of Poly(ethylene oxide). High spatial resolution images of the free falling jets are performed as a function of the velocity and at several distances from the discharge orifice. For every operating condition, the liquid jet remains cylindrical first, then shows the development of a sinusoidal perturbation and finally adopts a beads-on-a-string pattern before breakup occurs. The multi-scale analysis is performed on a high number of images and at several spatial positions in order to return statistical and temporal information, respectively. The results of this analysis show that during the sinusoidal perturbation stage, the large-scale region follows an exponential increase as predicted by the linear stability theory and during the beads-on-a-string stage, the small-scale region follows an exponential decrease similar to an elasto-capillary regime from which the relaxation time of the polymer solution can be extracted. This work positions the multi-scale approach as a promising and complementary tool to the currently used techniques in order to probe complex liquid rheology, especially in the case of mobile viscoelastic solutions

Écoulement viscoélastique de Couette-Taylor en corotation différentielle : expérience et analogie avec l'instabilité magnétorotationnelle

La possibilité de faire tourner, dans le système de Couette-Taylor, le cylindre extérieur plus rapidement que le cylindre intérieur a motivé [Zel81] des travaux expérimentaux dans ce système avec des fluides newtoniens, e.g. [Ric99, Pao12], qui s’intéressent au transport du moment angulaire notamment pour les disques d’accrétion, afin d’y éclaircir le rôle de la rotation différentielle. Toutefois l’instabilité magnétorotationnelle (MRI) pourrait aussi jouer un rôle clef dans la dynamique de ces disques. Ogilvie et al. ont proposé d’utiliser des solutions de polymère comme analogue d’un fluide magnétique [Ogi03]. L’étirement des polymères se compare alors à l’étirement des lignes de champ magnétique. Puis ils ont déterminé, par une étude de stabilité linéaire [Ogi08], un nouveau mode d’instabilité qui serait analogue à la MRI dans certains disques d’accrétion. Une seule étude expérimentale antérieure existe, menée par Boldyrev et al. [Bol09]. Celle-ci s’écarte de [Ogi08] à la fois par les paramètres expérimentaux employés –tel que le rapport de viscosité– et de par certains des résultats obtenus –tel un mode critique axisymétrique alors que le nombre d’onde azimutal est prédit non-nul par [Ogi08]. Nous étudions expérimentalement le cas des solutions aqueuses de polyoxyéthylène + polyéthylèneglycol en corotation différentielle et présentons de nouveaux résultats. Le mode critique observé est bien non-axisymétrique, et se distingue bien de l’instabilité élastique. [Bol09] S. Boldyrev, D. Huynh, V. Pariev, Phys. Rev. E 80, 066310, (2009) [Ogi03] G.I. Ogilvie, M.R. Proctor, J. Fluid Mech., 476, 389-409, (2003) [Ogi08] G.I. Ogilvie, A.T. Potter, Phys. Rev. Let., 100(7), (2008) [Pao12] Paoletti M.S., van Gils D.P.M., Dubrulle B., Sun C., Lohse D., Lathrop D.P., Astronomy and Astrophysics 547, A64, (2012) [Ric99] Richard, D. & Zahn, J.P., Astronomy and Astrophysics 347, p.734-738 (1999) [Zel81] Y. B. Zeldovich, Proc. R. Soc. Lond. A 374 (1981

Caractérisation statistique de la transition vers la turbulence viscoélastique dans le système de Couette-Taylor

Nous étudions la transition vers la turbulence de solutions viscoélastiques de polyoxyéthylène (POE), de 0,08% et de 0,09% en concentration, confinées entre deux cylindres coaxiaux lorsque seul le cylindre intérieur tourne. Lorsque la vitesse de rotation du cylindre intérieur atteint une valeur critique, l'écoulement de Couette circulaire bifurque vers un écoulement formé de spirales (SPI) qui ont pour origine une instabilité inertio-élastique. Le deuxième mode d'instabilité est caractérisé par de larges domaines quasi-stationnaires de tailles différentes séparés par des parois et contenant des spirales. La durée de vie des parois des domaines diminue avec le paramètre de contrôle selon une loi puissance. Le nombre de parois augmente en fonction du paramètre de contrôle, ce qui explique la multiplication des sous-domaines dépourvus de spirales, ce régime transite ensuite vers un régime turbulent. La caractérisation de la transition vers la turbulence a été complétée à l'aide d'une analyse statistique des zones laminaires des spirale

Etude expérimentale de l'écoulement de Couette-Taylor avec modulation de fréquence

Nous avons revisité l'étude de l'écoulement de Couette-Taylor avec modulation de fréquence de rotation du cylindre intérieur. Les paramètres de contrôle sont le nombre de Taylor Ta,l'amplitude et la fréquence de la modulation. La modulation de fréquence diminue le seuil de l'instabilité. Ta augmente avec la fréquence de modulation jusqu'à atteindre une valeur plateau. La fréquence des motifs ne dépend ni de Ta, ni de l'amplitude de modulation; elle est synchronisée à la fréquence de la modulation. La taille des rouleaux augmente avec Ta et de la fréquence de modulation

Modes d'instabilités observés pour des solutions viscoélastiques POE+(PEG+eau) en écoulement de Couette-Taylor

Les solutions de polymère de grande masse molaire sont souvent employées comme fluide modèle pour l'étude expérimentale des instabilités viscoélastiques. Nous rapportons le comportement de l'écoulement viscoélastique de Couette-Taylor de solutions semi-diluée ou diluées de polyoxyéthylène (8 10^6 g/mol) dans, respectivement, soit un solvant de viscosité comparable à l'eau, soit un solvant {eau+ polyéthylèneglycol} environ quarante fois plus visqueux que l'eau. La solution semi-diluée est rhéofluidifiante, tandis que les solutions diluées présentent une rhéofluidification négligeable, se rapprochent du cas des fluides de Boger. Le mode critique d'instabilité est soit constitué d'un régime inertio-élastique de spirales contrapropagatives, soit, pour la plus élevée des concentrations diluée étudiée, un régime de domaines désordonnés, relevant d'un comportement élastique. A partir de visualisations par nappe laser nous établissons des diagrammes spatio-temporels qui sont étudiés par traitement du signal. Nous discutons nos résultats par rapport aux travaux antérieurs

Thermoelectric convection in a planar capacitor: theoretical studies and experiments in parabolic flights

International audienceNous avons étudié la convection thermoélectrique dans un condensateur plan placé dans un environnement de microgravité et dans des conditions terrestres avec une stratification thermique instable ou stable. L’analyse énergétique montre que dans le cas de stratification stable, la convection thermoélectrique est retardée alors que dans le cas de stratification thermique instable, elle est amplifiée par la poussée d’Archimède avant que cette dernière ne prenne le dessus et pilote la convection thermique naturelle. Une expérience réalisée lors des vols paraboliques illustre la formation de la convection thermoélectrique à la fin de la phase de microgravité