Academic literature on the topic 'Caléfaction'

Cette thèse s'intéresse à la caléfaction, ou l'effet Leidenfrost. Une goutte d'eau placée sur un substrat chaud lévite sur un film mince de vapeur. Cette couche intercalaire de gaz, continûment renouvelée, isole mécaniquement et thermiquement la goutte, limitant ainsi son évaporation et supprimant l’ébullition. L'état de lévitation a d'autres conséquences sur le liquide, comme de lui empêcher de mouiller son substrat, donnant à la goutte une forme de perle, et de produire une situation exempte de friction, lui conférant sa grande mobilité.Nous discutons dans premier temps les conditions qui permettent à une goutte de léviter sur sa propre vapeur et la température seuil au delà de laquelle ce phénomène apparaît. Dans un deuxième temps, nous envisageons cette situation d’un point de vue dynamique en détaillant trois phases de la vie d’une goutte. Au-dessus d’une certaine taille, la vapeur s’accumule et érige un dôme liquide. Un film de liquide pur très mince se forme, doté d’une stabilité remarquable. Des différences de température induisent des écoulements superficiels ascensionnels qui sélectionnent son épaisseur et s’opposent à son amincissement, expliquant qu’il subsiste quelques secondes. Pour des rayons plus raisonnables de flaque, des oscillations intermittentes apparaissent, donnant au liquide la forme d'étoile. L’origine de ce phénomène est élucidée : le coussin de vapeur possède une fréquence propre. Ses oscillations excitent le liquide qu’il supporte. La goutte, qui agit comme une cavité résonante, répond pour certains rayons quantifiés en oscillant spontanément suivant le mode accroché par le forçage intrinsèque. En réduisant encore de taille, le liquide acquiert une mobilité spectaculaire. Une goutte caléfiée est le siège d’écoulements internes très rapides, dont la symétrie est dictée par le confinement. En s’évaporant, on assiste à une changement de morphologie qui induit une brisure de symétrie. La gouttelette se met à rouler de manière asymétrique, rectifie et incline sa base, ce qui la propulse. Deux stratégies de contrôle de ces globules fugaces et insaisissables sont finalement proposées, inspirées des travaux relatifs à l'autopropulsion sur des surfaces couvertes de dents asymétriques. Le mouvement directionnel est forcé par l'application d'un gradient de température et par la texturation graduelle de la surface. Ces dynamiques, orchestrées par le confinement, illustrent la richesse de ce système où changements de phase, effets thermiques, aérodynamiques et hydrodynamiques
This work focuses on the Leidenfrost effect. A water drop placed on a hot substrate levitates on a cushion of its own vapor. This vapor layer, continuously renewed, insulates the liquid both mechanically and thermally : it limits evaporation and suppresses boiling. Levitation has other consequences on the liquid. It prevents the liquid from wetting its substrate, giving it the appearance of a liquid pearl, while producing a frictionless situation and giving ii a high mobility.We first discuss the conditions that allow a drop to levitate above a hot substrate, in particular the threshold in temperature. Then, we adopt a dynamic point of view by detailing the three phases of the life of a Leidenfrost drop. Above a certain size, vapor accumulates and forms a thin liquid dome with remarkable stability. Temperature differences on that pure liquid film induce upward surface flows that select the thickness and oppose the film thinning.For smaller volume, liquid oscillations spontaneously and sporadically appear. The mechanism leading to the liquid stars is elucidated: the vapor film has it natural frequency. The vapor cushion oscillations excite the overlying liquid. The drop acts as a resonant cavity and thus responds for some quantified radius by oscillating according to the mode locked by the intrinsic forcing. By further reducing the radius, the liquid acquires spectacular mobility. A Leidenfrost drop hosts strong internal flows, whose symmetry is selected by confinement. Evaporation induces morphological changes and triggers a symmetry breaking. A droplet rolls asymmetrically, which rectifies and tilts its base. This leads to motion and contributes to the spectacular mobility of Leidenfrost droplets. Two strategies to control these elusive globules are eventually proposed, inspired by the work on self-propulsion on surfaces covered with asymmetric teeth. Directional movement is forced by applying a temperature gradient and by gradually texturing the substrate.The evaporation-driven confinement induces various dynamics that illustrate the richness of this system, where phase changes as well as thermal, aerodynamic and hydrodynamic effects conspire to generate new and exploitable properties

Au travers de plusieurs expériences, nous explorons le lien entre dissipation et mouvement d'interfaces liquides. Dans une première partie, nous étudions le mouvement de gouttes en caléfaction sur différents substrats. Ce mouvement peut être accéléré, si le substrat est asymétrique, ou ralenti, s'il est symétrique. La décélération des gouttes nous permet alors d'étudier différents types de friction spéciale. Sur un solide lisse, celle-ci est très faible et essentiellement due à l'air environnant. Sur un solide crénelé, elle est due à l'impact du liquide sur les marches. Enfin, si la goutte glisse sur un autre liquide, elle ralentit à cause de la résistance de vague qui résulte du sillage qu'elle engendre. La seconde partie de ce travail porte sur les déformations de filaments visqueux. Si ceux-ci sont comprimés ou tordus, nous mettons en évidence plusieurs phénomènes de flambage visqueux, que nous comparons à leurs analogues élastiques. Enfin, si les filaments sont libres de se déformer, leur forme et leur dynamique découlent d'une compétition entre viscosité, gravité et effets capillaires.

De manière générale, les composites oxyde/oxyde sont la plupart du temps élaborés par frittage, par voie sol-gel ou par infiltration en phase gazeuse, CVI (« Chemical vapor infiltration »). Ces techniques d’élaboration comportent de nombreuses étapes engendrant un temps long d’élaboration ce qui peut entraîner une détérioration des propriétés du composite. Cette thèse s’intéresse à un procédé original et rapide de densification de préformes fibreuses développé par le Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives (CEA) : la caléfaction. Ce procédé est connu pour élaborer des composites C/C ou C/SiC à partir d’un précurseur liquide. Cependant, la possibilité d’élaborer des composites oxyde/oxyde n’a jamais été testée. L’objectif de ce travail est d’étudier la réalisation de composites oxydes/oxydes par ce procédé. Plusieurs matrices ont été réalisées telles que la silice, l’alumine et le système ternaire aluminosilicate de baryum, BaSi2Al2O8. Plusieurs paramètres expérimentaux ont été étudiés tels que la température d’élaboration, le temps de manipulation et la composition du précurseur. Des caractérisations microstructurales et physico-chimiques ont permis de caractériser les matériaux élaborés. Plusieurs modifications ont été apportées au montage expérimental afin de permettre une meilleure reproductibilité des essais et un meilleur suivi thermique lors de l’élaboration de matrice oxyde
Nowadays, oxide/oxide composites are most of the time developed by sintering, sol-gel process or CVI (Chemical Vapor Infiltration). These techniques include many steps of synthesis leading to a long time of synthesis and possible deteriorations of the properties of the composite. This thesis focuses on an original and rapid process developed by French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA): the film boiling chemical vapor infiltration. This technique is already used to synthesize C/C and C/SiC composites but works have never focused on oxide/oxide composites. The main goal of this thesis is to synthesize oxide/oxide composites by film boiling chemical vapor infiltration. Works were focused on alumina, silica and barium aluminosilicate matrices. Several experimental parameters were studied: temperature, time and liquid precursor. Microstructural and physicochemical characterizations were done on composites. Several modifications of the experimental setup have been made in order to allow a better reproducibility of the tests and a better thermal monitoring

Cette thèse expérimentale porte sur des impacts de gouttes en caléfaction, aussi appelée régime Leidenfrost. Dans ce cas, la goutte est isolée thermiquement et mécaniquement du substrat surchauffé par une fine couche de vapeur. On s'affranchit ainsi de la friction visqueuse. Les substrats présentent des textures micrométriques localisées. On retrouve un régime autosimilaire d'étalement aux temps courts. On caractérise des régimes de recouvrement d'un défaut ponctuel par la goutte. Ces régimes sont dictés par l'épaisseur de lamelle par rapport à celle du défaut. Les défauts génèrent des excroissances dans leur sillage dont la dynamique peut être approchée selon deux modèles inertio-capillaires ; l'un valable aux temps courts, l'autre aux temps plus longs. En présence de plusieurs défauts, on fragmente la lamelle depuis plusieurs sites selon le ratio entre largeur des défauts et épaisseur de la lamelle. On simule par un algorithme de pavage le motif final sur lequel le fluide se concentre à la fin de la fragmentation. Grâce à des rugosités plus complexes on peut canaliser l'étalement de la goutte. On exacerbe alors l'étalement maximal dans l'axe des canaux. On peut aussi inhiber l'étalement par des textures circulaires. Les rugosités affectent le temps avant rebond de la goutte. On exhibe une dépendance générale unique entre temps avant rebond et étalement maximal. La dépendance est valable lorsque les textures exacerbent l’étalement, aussi bien que lorsqu’elles l’inhibent
The presented work deals with drop impacts in Leidenfrost regime. In such a case, the drop is thermally and mechanically isolated from the overheated substrate by a thin vapor layer. Viscous friction can therefore be neglected. The substrates are shaped with localized micrometric textures. We rediscover a self-similar spreading regime at short times. We characterize covering regimes of a single defect by the drop. Those regimes are driven by the ratio between lamella thickness and defect thickness. Defects give rise to excrescences in their wake, whose dynamic can be approached by two inertial-capillary recoil models. One is valid at short times and the other at longer times. In the case of several defects, we break up the lamella from different sites according to the ratio between defect width and lamella thickness. We numerically predict, with a tessellation algorithm, the pattern on which the fluid is localized at the end of the fragmentation. Through more complex textures, we can channel the drop spreading. The spreading is increased in the directions of the channels. One can also inhibit the spreading with circular textures. The textures affect the time before drop rebound. We exhibit a general and unique dependency between time before rebound and maximal spreading. This dependency is valid when textures increase the spreading as well as when they inhibit it

Le procédé de Densification Rapide est un moyen d'élaboration de composites carbone-carbone qui offre un gain de temps considérable par rapport au procédé d'Infiltration Chimique en Phase Vapeur, tout en permettant d'obtenir des matériaux de qualité comparable. L'objectif du présent travail est d'améliorer la compréhension des phénomènes liés à ce procédé. L'étude est appliquée au cas des préformes Novoltex fournies par la SNECMA. Il est démontré que la densification a lieu au sein d'un film de caléfaction, et que la formation d'un dépôt de texture mosai͏̈que peut être évitée par l'utilisation d'une membrane GoreTex. Les phénomènes observés sont expliqués en terme de stabilisation du film de caléfaction au sein du poreux. L'hétérogénéité des textures du pyrocarbone est reliée au rapport de la surface accessible au dépôt sur le volume réactionnel (As/Vr). Une étude paramétrique montre qu'une surpression au niveau du réacteur améliore le rendement en carbone et la vitesse de densification, ainsi que l'homogénéité de la texture du pyrocarbone
The Rapid Densification is a suitable process for the elaboration of carbon-carbon composites. Compared to the classical Chemical Vapour Infiltration process, it offers a gain in time, while the obtained materials are the same quality. The aim of the present work is to improve the understanding of the phenomena occurring in this process. The study is applied to the densification of Novoltex preforms, from SNECMA. It is demonstrated that carbon deposition takes place within a calefaction film, and that the formation of a mosaic texture as a deposit can be avoided with the use of a Gore Tex fabric. The observed phenomena are explained in terms of stabilization of the calefaction film in the porous medium. Heterogeneities in the pyrocarbon deposit are related to the pore surface area/pore volume ratio (As/Vr). A parametric study shows that working under pressure enhance the carbon yield, the densification rate, and the homogeneity of the pyrocarbon texture

Cette thèse porte sur les phénomènes nouveaux qu'il est possible observer dans les réactions d'ions lourds dans la région de transition, 20 à 50 MeV/nucléon. Nous avons détecté dans les réactions induites par un faisceau de krypton·à 35 et 22 MeV/nucléon des fragments ayant des masses et des énergies cinétiques très inférieures à celles du projectile. Une interprétation possible de ces résultats inclusifs est proposée : ils peuvent provenir d'un phénomène de caléfaction nucléaire. Ce mécanisme aurait lieu par la persistance de l'effet du champ moyen à ces énergies qui modifie l'image participants-spectateurs familière à plus haute énergie. La stabilité des noyaux à haute température et grand moment angulaire que l'on peut former dans de telles collisions est ensuite étudiée par rapport au processus de fission dans le cadre des approximations Thomas Fermi et Hartree Fock quand la température et le moment angulaire augmentent. La limite de stabilité par rapport à la fission de l'205At est calculée en fonction de ces paramètres
In this work we investigate new phenomena which can be observed in Heavy Ion reactions at bombarding energies between 20 and 50 MeV/u. In reactions induced by a Kr beam at 35 and 22 MeV/u we have found fragments with a kinetic energy and a mass substantially smaller than the one of the projectile. We propose a possible interpretation for their occurrence: they could be produced in a kind of nuclear calefaction phenomenon. Such a mechanism would take place because of the mean field which still plays an important role at these bombarding energies and which modifies the usual participant-spectator picture familiar at higher bombarding energies. The stability against fission of the high temperature and rapidly rotating nuclei produced in such reactions is then studied within the framework of the Thomas Fermi and Hartree Fock approximations. The fission barrier decreases with increasing temperature and angular momentum and the stability limit of the 205At nucleus is investigated

Phénomènes importants de l'ébullition en convection forcée, l'ébullition sous-saturée et la crise d'ébullition par caléfaction ont été modélisées, avec confrontation à des données expérimentales de la littérature. L'étude sur l'ébullition sous-saturée a visé à mieux rendre compte, dans les modèles monodimensionnels, de la forte non-uniformité des profils transverses de température liquide et de taux de vide. Une première voie a consisté à calculer explicitement, à partir de fonctions de profil auto-similaires, les paramètres de distribution qui apparaissent dans les équations moyennées ; elle a donné des résultats satisfaisants. Cette démarche a ensuite été affinée en couplant les deux écoulements monodimensionnels que sont la couche diphasique près de la paroi chauffante et la couche liquide adjacente ; les moins bons résultats obtenus et les problèmes de fermeture rencontres, dont un, a priori générique de ce type d'approche, rendent cette deuxième méthode peu pertinente. L'étude de la crise d'ébullition par caléfaction s'est focalisée sur sa compréhension et sa modélisation physique. Une analyse bibliographique a mis en lumière la difficulté à examiner expérimentalement ce phénomène très local et le caractère hypothétique des mécanismes et modélisations avances. Cette étude propose une unification de deux mécanismes plus cohérents avec les observations expérimentales ; le mécanisme ainsi défini, base sur l'assèchement d'un site de nucléation, s'applique a priori a tout le domaine de la caléfaction. Une première modélisation simplifiée en a été faite ; elle donne des résultats très satisfaisants. Pour étayer ce mécanisme, la réponse thermique instationnaire bidimensionnelle de la paroi à un cycle de nucléation a été déterminée par un couplage fluide-paroi ; des hypothèses assez sévères, qui demandent à être vérifiées expérimentalement, ont ainsi dues être ajoutées pour simuler la crise d'ébullition

Le présent travail est réalisé dans le cadre de l’étude d’un procédé industriel de densification de matériaux composites carbone/carbone (C/C) destinés aux freins d’avion. Une préforme poreuse de fibres de carbone baigne dans un précurseur liquide et elle est chauffée par induction électromagnétique radio-fréquence. Le précurseur porté à ébullition dans l’espace poral crée un dépôt de carbone dans les zones les plus chaudes ; ce dépôt constitue la matrice du composite. On propose une modélisation physico-chimique de ce procédé afin d’en assurer le contrôle et l’optimisation. Le travail a consisté à développer un solveur couplant l’induction électromagnétique avec les transferts de masse, de chaleur, de mouvement et d’espèces chimiques, en incluant l’ébullition et le dépôt chimique. Le modèle inclut le circuit électrique complet permettant d’effectuer le chauffage : il permet donc de suivre en temps réel et de façon non destructive l’avancement de la densification par l’évolution des grandeurs électriques. Une formulation originale adaptée à la représentation simultanée du liquide, du gaz et de la zone en ébullition a été développée et implémentée avec succès dans un logiciel commercial d’éléments finis. Les résultats de la simulation sont comparés avec les données obtenues sur le moyen expérimental, avec un bon accord. Enfin, la simulation est utilisée pour proposer des pistes d’amélioration du procédé, en altérant la géométrie du dispositif de chauffage par induction et en modifiant la stratégie de pilotage en puissance
This work has been carried out in the frame of the study of an industrial process for the manufacturing of carbon/carbon (C/C) composite aircraft brake discs. A porous preform made of carbon fibres is immersed in a liquid precursor and is heated by Radio-Frequency electromagnetic induction. The boiling precursor enters the porous preform and yields a carbon deposit in the hottest zones; this deposit will be the carbon matrix of the composite. A physico-chemical process model is proposed in the aim of ensuring its control and optimisation. The work consisted in developing a numerical solver coupling electromagnetic induction heating with heat, mass and species balances accounting for boiling, diffusion and chemical deposition reactions. The model includes the complete electrical circuit of the heating device: it therefore allows real-time, non-destructive monitoring of the infiltration progress through the evolution of the electrical properties. An original formulation has been designed to simultaneously describe the liquid, the gas and the boiling zone; it has been implemented in a commercial Finite Element software package and validated physically with respect to experimental data, with a good agreement. Finally, the simulation software has been used to propose directions for process improvements, through alterations of the inductive heating device geometry or of the heating power supply program