Étude de l’Atomisation Induite par Interactions Fluide–Structure
Amphithéâtre C de la MAISON de la Mécanique - 15 rue Du Tour de l’Eau - Domaine Universitaire de Saint Martin-d’Hères (38).
Thèse préparée au laboratoire Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels (LEGI) , sous la direction conjointe de Prof. Arthur SOUCEMARIANADIN et Prof. Christian LÉCOT.
MEMBRES DU JURY :
JEAN-PIERRE CHOLLET
JENS EGGERS
GÜNTER BRENN
MAMADOU KEÏTA
CHRISTIAN LÉCOT
ARTHUR SOUCEMARIANADIN
RESUME DE THESE
Ce travail de thèse présente la dynamique de l’interaction fluide-structure dans le cas de l’atomisation via l’instabilité de Faraday d’une nouvelle tête d’impression de spray à la demande. Ce dispositif s’avère être un instrument de choix pour étudier l’interaction fluide-structure dans un tube. Nous avons décrit le mouvement du tube transportant le fluide par un principe de Hamilton modifié. En négligeant les non-linéarités, nous avons obtenu une formulation prenant en compte l’effet de l’excitateur piezo-céramique dont l’équation du mouvement est résolue. Nous avons également proposé, pour la première fois, une solution analytique basée sur la fonction de Green de l’équation décrivant le mouvement d’un tube semi-encastré transportant un fluide. La comparaison avec la méthode des séries et la simulation numérique montre un bon accord notamment pour les fréquences modérées. A côté de ces résultats sur la déformée dynamique du tube et le volume éjecté, nous avons développé un modèle permettant de déterminer la distribution de taille des gouttes du dispositif. Le modèle de distribution de la taille des gouttes est basé sur le formalisme du maximum d’entropie. Il utilise d’une part les lois de conservation de masse et d’énergie et d’autre part la fonction gamma généralisée pour obtenir finalement une distribution plus ”physique”. Enfin nous employons la méthode de Monte Carlo pour simuler l’évolution de la distribution de taille des gouttes grâce à un noyau de coalescence physique que nous avons proposé. Nous testons l’effet de différents paramètres opératoires, de conception ou physico-chimiques, tels que la tension de surface, le module de Young, l’angle de contact d’équilibre, la longueur du tube. Au vue des nombreuses applications industrielles, nous avons proposé un nouveau procédé non-électrolytique qui permet la métallisation sur divers types de substrats à température ambiante.
Mots clés :
Interaction fluide-structure, Principe de Hamilton modifié, Atomisation, Instabilité de Faraday, Distribution de taille des gouttes, Principe du maximum d’entropie, Méthode de Monte Carlo, Métallisation.