Thermodynamique des interfaces et mécanique des fluides

TIMF - ISSN 2514-4642 - © ISTE Ltd

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Derniers articles parus

L’intérêt de la micropesanteur pour l’étude des interfaces fluides

Nous traitons ici de l’intérêt que peut représenter l’expérimentation en micropesanteur pour l’étude des interfaces fluides. En préalable, nous devons connaître les situations où la pesanteur est susceptible d’exercer une action sur les interfaces. Nous nous limiterons à deux cas : le premier est celui des interfaces capillaires où la tension de surface est présente y compris à l’équilibre, le second est celui des flammes minces qui n’existent qu’en dehors de l’équilibre mais que l’on peut considérer comme des interfaces généralisées. Une présentation rapide des moyens offerts pour l’expérimentation est faite. Des exemples concrets sont traités par la théorie, le calcul numérique et l’expérimentation.

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L’air à feu : une histoire de flamme

Nous relatons comment à la fin du 18ème siècle, une découverte liée à la combustion, a pu remettre en cause l’idée que l’on avait des constituant de la matière et conduire à révolutionner la chimie. Il a fallu que soit trouvée une interprétation correcte de cette découverte et pour cela revisiter en cause les théories et les dogmes existants. On mena ensuite une réflexion fondamentale sur le travail expérimental et l’importance des mesures quantitatives, inventer une manière scientifique d’opérer. Les innovations et les progrès réalisés durant les deux siècles suivants en physique et en chimie, mais aussi en thermodynamique et en mécanique, ont amené à la situation actuelle où la combustion a trouvé sa place en tant que science à part entière.

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Modélisation du mouillage partiel par une approche macroscopique en mécanique discrète

The partial wetting is generally defined by a contact angle between the liquid and the surface in the case of a static equilibrium excluding other types of actions such as gravity, inertia, viscosity, etc. When these last effects are no longer negligible, the modeling of two-phase flows governed by capillary forces cannot be reduced to simple geometrical laws on the surface tensions between the phases. The triple line is subject to accelerations that combine in a complex way to fix in time its motion on the surface. The macroscopic approach adopted is based on the representativity of the discrete equation of motion derived from the fundamental law of dynamics expressed in terms of accelerations. The formalism leads to a wave equation whose form corresponds to the two components of a Helmholtz Hodge decomposition, the first to the curl-free and the second to the divergence-free. Like all other contributions, the capillary effects are expressed in two terms of the capillary potential, an energy per unit mass. The longitudinal and transverse surface tensions allow for possible anisotropy effects in the tangent plane at the interface. The assignment of the surface tension values on the triple line related to the contact angle allows to take into account the partial wetting effects in a dynamic context. Two examples illustrate the validity of this approach.

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Simulation numérique d’un écoulement moyen dans un canal inter aube d’une éolienne à axe horizontal

Cet article expose une méthode numérique de différences finies, permettant de calculer les variables décrivant un écoulement moyen, non visqueux et non pesant, à travers une roue mobile d’éolienne à axe horizontal, pour en déduire ses performances, en utilisant un maillage à pas irréguliers. Des schémas de discrétisations spatiales centrés à l’intérieur du domaine de calcul et décentrés vers l’intérieur pour les noeuds placés sur les frontières sont utilisés. La discrétisation temporelle utilise un schéma explicite à deux pas de temps, avec une précision de l’ordre de deux. Les calculs sont faits en deux étapes : une étape de prédiction et une étape de correction. Ils ont précédé les calculs de l’état initial de l’écoulement tridimensionnel moyenné par la suite dans ses sections de passage. Des conditions aux limites sont imposées sur les frontières du domaine de calcul. La convergence du calcul est assurée par les viscosités numériques implicitement introduites par les schémas de discrétisations temporelles. La stabilité interne est assurée par une contrainte sur le pas de discrétisation temporelle conformément à la condition CFL. Les conditions initiales sont calculées en moyennant, sur les sections de passage de l’écoulement, les grandeurs caractéristiques imposées initialement dans le volume du domaine de calcul.

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Réponse en fréquence de l’évaporation des gouttes : une solution analytique approximative pour les régimes d’injection mixtes

La réponse en fréquence de l’évaporation de masse aux oscillations de pression est analysée pour un jet de gouttes répétitivement injectées dans une chambre de combustion. Dans l’analogie de Heidmann, ce jet de gouttes en évaporation est représenté par la ’goutte moyenne’ qui est une goutte sphérique continuellement alimentée placée dans la chambre de combustion. L’alimentation est réalisée avec un coefficient de transfert thermique liquide-liquide en employant un point source placé au centre de la goutte, de telle manière que seuls les effets radiaux de convection et de conduction thermiques soient pris en compte à l’intérieur de la gouttelette pendant le processus. Ce procédé d’alimentation est maintenant regardé comme représentant un régime d’alimentation généralisé du processus réel d’injection de combustible liquide dans une chambre de combustion. Utilisant une analyse linéaire basée sur le critère de Rayleigh, le facteur de réponse en masse d’évaporation est évalué. Les effets dus à la variation du coefficient de transfert thermique sont analysés. En particulier, une réponse chaotique est notée dans le système quand le coefficient de transfert thermique est fixé à un.

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Considérations sur le vortex de Hill

On examine des cas de tourbillons stationnaires pouvant apparaître à l’intérieur de gouttes liquides sphériques. Le premier cas est celui d’un écoulement extérieur incompressible de vitesse uniforme à l’infini, entrainant par frottement le liquide de la goutte vers la constitution d’un vortex de Hill. Dans le second cas, le fluide extérieur n’interagit pas avec le liquide, mais la goutte est soumise à un gradient de température axial provoquant une variation de tension superficielle. Cette fois c’est le mouvement induit qui entraine le liquide intérieur. On remarque que les deux situations peuvent conduire au même vortex de Hill. Des effets combinés sont envisagés. On s’intéresse par ailleurs au facteur temps dans ces phénomènes.

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Le feu des armes

On fait dans ce court article un bilan sommaire des armes à base de combustion et de leurs effets. Sont évoqués les lance-flammes et l’arme thermobarique, les bombes : napalm, engins explosifs, bombes au phosphore. Puis il est question de missiles, d’armée de l’espace et de pollution due aux armes.

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Quadri interfaces

Les équations macroscopiques de bilan des interfaces fluides ont été établies en considérant deux échelles de longueur et moyennant quelques approximations, telles que la conservation du vecteur vitesse mixte et du gradient parallèle à la traversée de la zone interfaciale. Nous généralisons cette méthode au cas des quadri interfaces en présence de champs électromagnétiques. Le passage à l’espace-tempsi, ii est en effet un moyen d’obtenir une présentation homogène des bilans.