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Dissertations / Theses on the topic 'Instabilités de Marangoni'
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Bergeon, Alain. "Instabilités de Marangoni-Bénard en présence d'effet Soret." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1995. http://www.theses.fr/1995ECDL0023.
Full textAbstract:
La prediction et la maitrise des instabilites hydrodynamiques constituent un enjeu important dans bon nombre de processus d'elaboration de materiaux a partir d'un bain fondu, car ces instabilites viennent souvent perturber la qualite du materiau produit. Le travail theorique et numerique presente dans cette these porte sur l'instabilite de marangoni-benard dans les melanges binaires sujets a l'effet soret. Ce type d'instabilite est susceptible d'apparaitre lorsqu'une couche de fluide differentiellement chauffee presente une surface libre, siege d'une tension de surface dependant de la temperature et de la concentration. Les fluctuations naturelles de temperature ou de concentration le long de l'interface donnent naissance a des gradients de tension de surface. Ceux-ci generent des forces de surface capables lorsque les processus de dissipation visqueuse et de diffusion sont insuffisants pour endiguer le mouvement, de conduire a la formation d'un ensemble de cellules de convection. Les resultats presentes portent sur les seuils d'apparition de cette instabilite et l'evolution des structures convectives qui en resultent dans des configurations bi- et tri-dimensionnelles de cavites parallelepipediques en l'absence de gravite. Dans ce cadre est d'abord presentee l'analyse lineaire de stabilite de la solution conductive. Celle-ci est conduite analytiquement pour des cavites d'extension horizontale infinie et numeriquement pour des cavites confinees. L'analyse non-lineaire donnant la selection des structures d'ecoulement au dela du seuil est conduite numeriquement et a necessite le developpement d'une methode adaptee dite de continuation. Les resultats se presentent sous la forme de diagrammes de bifurcation qui sont des cartes d'evolution des solutions physiques et mathematiques du systeme avec l'un des parametres adimensionnalises. Ces diagrammes ont donne de nombreuses informations sur la dynamique de notre systeme permettant en outre d'expliquer la disparition ou au contraire la stabilisation de certaines solutionsThe prediction and control of hydrodynamic instabilities are important for material processing from a melt, as these instabilities often perturb the quality of the material. The theoretical and numerical work presented in this thesis deal with the Marangoni-Bénard instability in binary mixtures with Soret effect. This type of instability is obtained when a fluid layer differentially heated presents a free surface subjected to surface tension depending on temperature and concentration. The natural fluctuations of temperature and concentration along the interface give surface tension gradients. These gradients generate surface forces which can lead, if viscous dissipation and diffusion are unable to damp the motion, to the formation of convective cells. The results concern the onset of this instability and the evolution of the convective structures which are created in two- and three- dimensional parallelepipedic cavities without gravity. First, the linear stability analysis of the conductive solution is presented. This analysis is performed analytically for laterally unbounded cavities and numerically for confined cavities. The nonlinear analysis giving the selection of flow structures beyond the thresholds is performed numerically with the use of a continuation method which has been developed specifically. The results are presented under the form of bifurcation diagrams which are maps of evolution of the physical and mathematical solutions of the system with regard to the variation of one of the characteristic parameters. These diagrams have given many informations on the dynamic of our system allowing for example to explain the disparition or the stabilisation of some of the solutions
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Dupont, Olivier. "Les instabilités de Marangoni-Bénard: conditions instationnaires en pesanteur normale et réduite." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 1992. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/212931.
Full text
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Le, Roux Sébastien. "Effet Marangoni aux interfaces fluides." Thesis, Rennes 1, 2015. http://www.theses.fr/2015REN1S060/document.
Full textAbstract:
Nous présentons au cours de ce manuscrit diverses expériences de dépôt de tensioactifs solubles dans l'eau à l'interface entre deux fluides. Après quelques développements théoriques, nous étudions l'étalement de tensioactifs solubles déposés à une interface eau/air. Nous présentons au cours de cette partie deux configurations expérimentales dans lesquelles ces molécules exhibent une vitesse caractéristique d'écoulement induit ainsi qu'une distance finie d'étalement dépendant de la CMC du surfactant utilisé, qui se traduit par l'apparition d'une tache centimétrique à la surface de l'eau. Nous mettons alors au point un protocole de mesure simple et rapide de CMC utilisant notre dispositif expérimental. À cet étalement s'ajoutent une déformation verticale de l'interface, la mise en place d'une double recirculation toroïdale, ainsi qu'une instabilité hydrodynamique de surface tout autour de la tache. La deuxième expérience porte sur l'étalement de tensioactifs solubles à une interface eau/huile. Dans cette expérience, les déformations verticales induites par l'étalement peuvent devenir très importantes, si bien que sous certaines conditions cette déformation crée un trou dans la couche d'huile. Nous nous penchons donc sur l'étude de ces déformations verticales, ainsi que sur les caractéristiques de ce cratère. Enfin, la dernière partie traite du dépôt d'une goutte de Triton X-100 à la surface de l'eau. Ce tensioactif possède la propriété de gélifier lorsqu'il est hydraté, ce qui lui permet de flotter. On observe alors un phénomène d'auto-propulsion de la goutte. Nous nous intéressons plus particulièrement à la structure microscopique de cette phase gel, ainsi qu'aux trajectoires erratiques empruntées par la goutteWe report experiments about the deposition of water soluble surfactants at the interface between two fluids. After some theoretical developments, we study the spreading of water soluble amphiphiles at the water/air interface. In this part, we present two experimental setups where these molecules show a typical induced flow velocity, and a finite spreading distance, depending on the CMC of surfactant we use, which results in the apparition of a coronna on the surface of the liquid. We then set up a fast and simple CMC measurement protocole using our experimental setup. This spreading induces also a vertical deformation of the interface, a double toroidal recirculation in the bulk, and a beatiful hydrodynamic surface instability all around the coronna. The second experiment is about the spreading of amphiphiles at the interface between oil and water. In this experiment, the vertical deformations induced by the spreading can become so important that under certain circumstances, we manage to create a hole in the oil layer. We focus on the study of these vertical deformations and on the caracteristics of this hole. Finally, the last experiment is about the deposition of a Triton X-100 drop at the water/air interface. This molecule has the ability to gelify when it gets hydrated, allowing him to float. Then we can observe the self propulsion of the droplet. We focus on the microscopic structure of this gel phase, and also on the erratic trajectories followed by the drop
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Tadmouri, Rawad. "Tensioactifs en système biphasique eau-huile : propriétés, transfert et instabilité de Marangoni." Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1360/.
Full textAbstract:
Des instabilités hydrodynamiques ont été observées et étudiées pendant le transfert de matière dans deux types de systèmes biphasiques eau/huile. Le premier est un système non réactif impliquant le transfert de deux séries de tensioactifs ioniques (bromure de tétraalkylammonium à longue chaîne (CnTAB, n = 12, 16, 18) et dodécylsulfate de tétraalkylammonium (TAADS)). L'instabilité est, dans ce cas, périodique. Le système bascule alternativement d'un régime de diffusion vers un régime convectif. Le deuxième système est un système réactif, la réaction d'hydrolyse biphasique du chlorure de myristoyle (RCOCl, R = C13H27). Le transfert du chlorure de myristoyle vers la phase aqueuse est induit par la réaction d'hydrolyse qui donne lieu à la formation de composés tensioactifs. Les études réalisées dans la géométrie de la cellule Hele- Shaw ont montré que cette réaction biphasique donne lieu à un régime bien défini de cellules convectives de Marangoni. Notre objectif a consisté dans un premier temps à déterminer de façon quantitative les propriétés physicochimiques de ces systèmes. Nous avons mis au point une méthodologie originale, basée sur la modélisation de données de tension superficielle, permettant de déterminer les propriétés de partage, d'adsorption aux interfaces eau/air et eau/huile et d'agrégation. Nous avons pour les deux séries de composés tensioactifs (CnTAB et TAADS) mis en évidence la formation de microémulsions huile dans l'eau. Nous nous sommes également intéressés aux propriétés cinétiques de transfert et avons observé une dynamique accélérante due à un effet autocatalytique. Pour le système non réactif, cette accélération, observée lors du transfert de la phase organique vers la phase aqueuse, est due à la formation de microémulsions huile dans l'eau. Pour le système réactif, la forme de la cinétique est différente de celle observée pour le simple transfert de tensioactif. La courbe sigmoïde est dans ce cas parfaitement symétrique. Cette observation indique certainement un mécanisme différent du précédent. Il implique également une modification des propriétés de solubilisation de la phase aqueuse mais cette fois non par la formation d'agrégats mais plutôt par la formation de dimèresHydrodynamics instability have been observed and studied during the mass transfer in two water/oil biphasic systems. The first is a non-reactive system involving the transfer of two series of ionic surfactants (tetraalkylammonium bromide (CnTAB) and tetraalkylammonium dodecylsulfate (TAADS)). In this case, the instability is periodic. The second system is a reactive system, the biphasic hydrolysis of myristoyl chloride (RCOCl). The transfer of myristoyl chloride to the aqueous phase is induced by the hydrolysis reaction leading to the formation of surface-active compounds. Studies in the geometry of the Hele-Shaw cell showed that this biphasic reaction gives rise to a well-defined regime of chemo-Marangoni convection cells. Our objective was initially to determine quantitatively the physicochemical properties of these systems. We have developed a methodology based on the modeling of interfacial tension measurements, to determine the partition and adsorption properties at the water/air and water /oil interface and aggregation. We have showed for the two series of surfactants the formation of oil in water microemulsions. We have also studied the kinetics of transfer and showed a particular dynamic accelerating due to the catalytic effect. For the non-reactive system, this acceleration, observed during the transfer of the organic phase to the aqueous phase, is due to the formation of oil-in-water microemulsions. For the reactive system, the shape of the kinetics is different from that observed for simple transfer of the surfactant. The sigmoid curve in this case is perfectly symmetrical. This observation certainly indicates a mechanism different from above. It also implies a change of solubilization of the aqueous phase but this time not by the formation of aggregates but by the formation of dimers
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Wodlei, Florian. "Self-pulsations of a dichloromethane drop on a surfactant solution." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30188/document.
Full textAbstract:
Le couplage entre processus physico-chimiques et le transfert de matière ou de chaleur peuvent donner lieu à des structures spatio-temporelles induites par des flux convectifs. Ces flux peuvent résulter de gradients de densité ou de tension superficielle et sont l'expression de la conversion d'énergie chimique en énergie mécanique. Quand la tension superficielle est à l'origine de ces mouvements, les effets correspondants sont connus sous le nom d'effet Marangoni. Ils jouent un rôle dans de nombreuses applications comme les procédés industriels d'extraction en amplifiant notablement la vitesse des processus de transfert. Les systèmes réels, trop complexes, doit être simplifiés par le développement de systèmes modèles afin d'établir au niveau fondamental la théorie sous-jacente à de telles dynamiques. Une succession de régimes dynamiques est observée lors de la dissolution d'une goutte de dichlorométhane (DCM) déposée sur une solution aqueuse de tensioactif (bromure de céthytriméthylammonium, CTAB). La succession remarquable de formes et de mouvements induits est déterminée par la concentration du tensioactif qui joue le rôle de paramètre de contrôle. A faible concentration en CTAB, un mouvement de translation ou des pulsations. Aux concentrations plus élevées, la goutte entre en rotation ou forme des structures polygonales. Bien que chimiquement simple, le système est complexe et implique plusieurs processus physico-chimiques : évaporation, solubilisation, transfert de tensioactifs, adsorption aux interfaces et agrégation. Les effets thermiques et de transport qui en résultent sont à l'origine des variations locales de tension interfaciale donnant lieu aux effets Marangoni. Nous nous sommes concentrés sur le comportement de la goutte quand la concentration en tensioactif conduit au régime de pulsation. Nous avons tout d'abord analysé le comportement de la goutte pendant la période d'induction qui précède le régime instable. L'analyse de la forme de la goutte corrélée à des mesures d'Imagerie par Vélocimétrie de Particules (PIV), ont montré que les flux créés par la dissolution du DCM limitent dans un premier temps l'adsorption du CTAB à l'interface eau/huile. L'instabilité ne démarre que lorsque la dissolution est réduite et que l'adsorption devient effective. La phase d'induction apparait comme une transition lente entre un coefficient d'étalement négatif (goutte ayant la forme d'une lentille) vers un coefficient d'étalement positif qui entraine l'expansion du film et les pulsations suivantes. Ces pulsations sont accompagnées par l'éjection de gouttelettes qui se forment à partir d'un bourrelet apparaissant au bord du film pendant la phase d'expansion. La rupture de ce bourrelet ressemble au phénomène connu sous le nom d'instabilité de Rayleigh-Plateau (RP). Cependant, la longueur d'onde caractéristique de formation des gouttelettes est deux fois plus faible que celle attendue dans le cas d'une instabilité de RP classique. L'origine de cet écart réside dans la modulation du bourrelet avant sa rupture. Cette modulation est en fait déterminée par des ondulations apparaissant à la surface du film et formant des rides en direction radiale. Ces rides pourraient être attribuées à un effet Marangoni thermique connu sous le nom d'instabilité de Bénard-Marangoni. Elles jouent également un rôle important dans la formation de la structure de démouillage hautement organisée décrite dans le dernier chapitre. L'ajout de CTAB dans la phase organique (goutte) donne lieu à des oscillations plus rapides qui, après une phase d'expansion de grande amplitude et l'éjection d'une couronne parfaite de gouttelettes, résultent lors de la phase de démouillage en une structure dont la forme rappelle une fleur. Une interprétation qualitative permettant d'identifier les principaux processus à l'œuvre et basée sur des mesures indépendantes de tension interfaciale apporte une explication des pulsations observées et de l'auto-organisation induiteFar-from-equilibrium systems exhibit a wide variety of spatial and temporal patterns known as dissipative structures. The interplay between physico-chemical processes and mass or heat transfer can give rise to spatio-temporal structures induced by convective flows. These flows may result from density or surface tension gradients. They are the expression of the conversion from chemical into mechanical energy. When surface tension is the driving force, the corresponding effects are known as Marangoni effects. They are at play in numerous applications as extraction processes, oil recovery, and chemical reactors at all scales and noticeably modify transfer rates. The complexity of real systems deserves the development of model systems, essentials to settle, on a fundamental level, the theory governing the related dynamics. A succession of dynamical regimes is observed during the dissolution of a dichloromethane drop deposited on aqueous solutions of a cationic surfactant (cetyltrimethylammonium bromide, CTAB). The remarkable range of shapes and motion patterns that emerges is related to the surfactant concentration, which is used as a control parameter. For low surfactant concentrations, we observe translational motion and pulsations of the drop. At intermediate concentrations the drop transforms and starts to rotate. At higher concentrations polygonal shapes are observed. Although chemically simple and of easy implementation, the system is relatively complex and involves several processes: evaporation, solubilization, surfactant mass transfer, interfacial adsorption and self-aggregation. Thermal and transport effects induced are at the origin of local variations of interfacial tension leading to the Marangoni flows. In this thesis, we focused on the behavior of the dichloromethane drop when the aqueous surfactant concentration (0.5 mM) leads to the pulsating regime. At this concentration, we have first analyzed the behavior of the drop during the induction period that precedes the instable regime. Drop shape analysis, correlated to Particle Image Velocimetry (PIV) measurements, showed that dissolution flows initially hinder adsorption of CTAB at the water/oil interface. The instability is only triggered when dissolution is reduced and water/oil adsorption becomes effective. The induction period appears as a slow transition from an initial negative spreading coefficient (a lens shape drop) towards a positive spreading coefficient that triggers film expansion and following pulsations. These pulsations are accompanied by the ejection of smaller droplets which are formed from a toroidal rim that is created during the expanding phase of the drop. The break-up of this toroidal rim, resembles to what is known as the Rayleigh-Plateau (RP) instability. Nevertheless, the observed characteristic wavelength is a factor of 2 too small in respect to the classical RP instability. We have found the origin of this discrepancy in the fact that modulations that appear on the rim before it transforms into droplets are settled by deformations arising at the surface of the expanding film. They appear as wrinkles that form in the film and may be related to thermal Marangoni effects known as Benard-Marangoni instability. These wrinkles play an important part in the highly organized dewetting structure described in the last chapter of the thesis. The addition of CTAB also in the organic (drop) phase leads to faster pulsations which, after a very high amplitude expanding stage and the ejection of a perfect crown of droplets, result during the film receding stage in the formation of a pattern which symmetry is reminiscent of a flower. A qualitative interpretation aimed at identifying the main processes at play and based on independent surface tension data gives a consistent explanation of the observed pulsations and related self-organized patterns
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Pradines, Vincent. "Instabilités périodiques de Marangoni en système biphasique liquide/liquide : rôle et propriétés de paires d'ions tensioactives." Toulouse 3, 2006. http://www.theses.fr/2006TOU30155.
Full textAbstract:
Oscillations of the electrical potential and interfacial tension have been studied during mass transfer in water/dichloromethane biphasic systems: CTAB/picric acid and SDS/TAAB for which, the chain length of the tetraalkylammonium was varied (from ethyl to butyl). A detailed analysis of the signals recorded allowed us to confirm the hydrodynamic origin (Marangoni instability) of the oscillations. We have determined the physico-chemical properties of all species involved (partition and adsorption constant, molecular area, and association constant of the ion pairs). For this, measurements of the surface tension, UV/Visible spectrophotometry and mass spectrometry have been performed. For the SDS/TAAB system, we have observed increasing association of TAADS ion pairs with chain length. We have also carried out theoretical calculations (DFT, Ab-initio) to highlight a geometry supporting the hydrophobic interactions between the two ions.
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Trouette, Benoît. "Instabilités de Rayleigh-Bénard-Marangoni, induites par évaporation, en régime transitoire. Applicatons aux solutions polymères." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00598835.
Full textAbstract:
Dans ce travail nous étudions numériquement le déclenchement d'instabilités thermo-solutales dans le cas du séchage d'une solution polymère. L'évaporation du solvant entraine une baisse de la température et de la concentration du solvant en surface. Ceci peut générer des instabilités thermo-convectives et solutales, induites par les variations de la masse volumique (poussée d'Archimède) et/ou de la tension super ficielle (eff et Marangoni). L'épaisseur du milieu ainsi que les gradients de température et de concentration évoluent au cours du séchage et il s'agit donc d'un problème transitoire. Deux modèles simplifiés sont mis en place, tenant respectivement compte des e ffets thermique et solutal. L'étude porte principalement sur trois points : la détermination du rôle respectif de chaque phénomène, le caractère transitoire du problème, et enfi n l'influence de l'évolution de la viscosité de la solution avec la concentration au cours du séchage sur les seuils de transition entre les régimes conductif et convectif.
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Trouette, Benoît. "Instabilités de Rayleigh-Bénard-Marangoni, induites par l'évaporation, en régime transitoire : application aux solutions polymères." Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA112298.
Full textAbstract:
Dans ce travail nous étudions numériquement le déclenchement d'instabilités thermo-solutales dans le cas du séchage d'une solution polymère. L'évaporation du solvant entraine une baisse de la température et de la concentration du solvant en surface. Ceci peut générer des instabilités thermo-convectives et solutales, induites par les variations de la masse volumique (poussée d'Archimède) et/ou de la tension superficielle (effet Marangoni). L'épaisseur du milieu ainsi que les gradients de température et de concentration évoluent au cours du séchage et il s'agit donc d'un problème transitoire. Deux modèles simplifiés sont mis en place, tenant respectivement compte des effets thermique et solutal. L'étude porte principalement sur trois points : la détermination du rôle respectif de chaque phénomène, le caractère transitoire du problème, et enfin l'influence de l'évolution de la viscosité de la solution avec la concentration au cours du séchage sur les seuils de transition entre les régimes conductif et convectifThis work aims to study numerically how instabilities are activated in the drying of solvent/polymer solution. Solvent evaporation induces both a cooling and a decrease in solvent concentration at the free surface. Consequently, density variations (buoyancy) and/or superficial tension variations (Marangoni effect) can generate convection into the bulk. Besides, since the temperature and concentration gradients but also the thickness of the solution evolve during the drying, we are dealing here with a full transient problem. For this purpose, two simplified models are established for thermal and solutal regimes respectively. This study mainly focuses on: the transient character of the problem, the role of each phenomenon (thermal/solutal), on one hand, and the impact of the evolution of the solvent mass fraction and by the way of the viscosity of the solution, on the other hand, on the instability thresholds and the flow structure
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Géoris, Philippe. "Contribution à l'étude des instabilités de Marangoni-Bénard et Rayleigh-Bénard pour les systèmes multicouches." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 1994. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/212715.
Full text
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Assemat, Pauline. "Dynamique non-linéaire des écoulements confinés : application à l'instabilité de Marangoni-Bénard et aux écoulements entre surfaces texturées." Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/1225/.
Full textAbstract:
Le travail porte sur deux problématiques scientifiques : la formation de structures convectives induites par l'instabilité de Marangoni-Bénard et les propriétés de transport des écoulements entre surfaces texturées. Bien que physiquement distincts, ces deux systèmes présentent les points communs d'être assujettis à de fortes contraintes spatiales. Il sont analysés par le biais de la théorie des bifurcations. L'étude de la convection de Marangoni-Bénard a été menée dans des géométries cylindriques à section transverse circulaire et faiblement elliptique. La comparaison des deux situations dans le régime non-linéaire a été menée par l'étude des changements induits sur les diagrammes de bifurcation eux mêmes interprétés par la théorie des bifurcations en présence de symétries. Nous avons ensuite mené l'étude de cette instabilité en présence de mélanges fluides binaires sujets à l'effet Soret et dans des couches fluides bidimensionnelles. Ce travail a révélé la formation de structures convectives spatialement localisées appelées convectons dont nous avons révélé la formation sur un fond d'ondes de plus faible amplitude. Enfin, nous avons étudié les propriétés de transport des écoulements entre surfaces texturées. Le système étudié est confiné transversalement à la direction de l'écoulement ce qui place cette étude dans le contexte de la microfluidique et de l'élaboration de micro-mélangeurs passifs. La simulation numérique et l'analyse des propriétés de transport de traceurs passifs est menée sur les équations issues d'un développement asymptotique faiblement inertiel dans un canal formé d'une succession périodique de cellules texturéesThe work focuses on two different physical situations: the convective structures resulting from the Marangoni-Bénard instability and the flow between patterned surfaces. The two systems are spatially constrained and are analysed using dynamical systems theories. Marangoni-Bénard convection has been studied in cylindrical geometries with either a circular or a weakly elliptical cross-section. The comparison of the two situations is carried out in the non-linear regime and the corresponding bifurcation diagrams are analysed using bifurcation theory with symmetries. Two-dimensional Marangoni convection in binary mixtures with Soret effect has also been studied in large periodic domains. The results show the formation of steady convective structures localized in space called convectons and the onset of stable convectons embedded in a background of small amplitude standing waves. Finally, the transport properties of flows in between patterned surfaces under weak inertia influence is studied. The flow is induced by a constant applied pressure gradient and the velocity field is calculated using an extension of the lubrication approximation taking into account the first order inertial corrections. Trajectories of tracers are obtained by integrating numerically the quasi-analytic velocity field. The transport properties are analysed by the study of Poincaré sections and their invariants
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Ruyer-Quil, Christian. "De la modélisation et des instabilités des films liquides tombants." Habilitation à diriger des recherches, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00746483.
Full textAbstract:
Ce mémoire présente une synthèse de travaux de recherche portant sur l'étude et la modélisation d'instabilités de grandes longueurs d'ondes en général et de films liquides tombants en particulier. Les différentes méthodes sont discutées au chapitre~1 et appliquées aux écoulements inertiels en cellule de Hele-Shaw. L'instabilité Kapitza d'un film tombant est étudiée au chapitre~2. Les couplages de l'instabilité Kapitza avec les instabilités Marangoni (films chauffés) et Rayleigh-Plateau (films sur fibres) font l'objet des chapitres~3 et 4. Le chapitre~5 présente mes derniers travaux sur les films non-Newtoniens, en présence d'une paroi poreuse ou encore cisaillés par un écoulement gazeux.
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Rozé, Claude. "Etude des oscillations créées par un fil chaud placé juste au-dessous de la surface libre d'un liquide." Rouen, 1989. http://www.theses.fr/1989ROUES045.
Full textAbstract:
Les oscillations créées par un fil chaud (20 microns) placé juste au-dessous de la surface libre d'un liquide sont décrites. Les différences de température (fil-liquide) nécessaires à leur apparition, ainsi que la fréquence et la longueur d'onde auxquelles elles apparaissent sont mesurées en fonction de la distance fil-interface. Une exploration du domaine instable est également effectuée. De nombreux liquides ont été testés. Seules les mesures relatives à une huile de silicone et au pentanol ont été retenues. Une analyse linéaire de stabilité est menée dans le cas d'une couche liquide horizontale d'extension infinie et en imposant un gradient de température et un cisaillement. Un modèle simple est développé et permet de comprendre l'expérience du fil chaud et les oscillations de la lentille thermique qui met en jeu les mêmes phénomènes: tension superficielle et flottabilité
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Maillard, Mathieu. "Synthèse, organisation et anisotropie optique de nanocristaux d'argent." Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066436.
Full text
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Burge, Wayne. "Marangoni Instabilities in Two-Layer Fluid Flow." Thesis, University of East Anglia, 2009. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.518388.
Full text
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Maquet, Jean. "Contribution à l'étude des mécanismes de surstabilité d'une surface libre chauffée par un laser ou un fil chaud." Rouen, 1987. http://www.theses.fr/1987ROUES047.
Full textAbstract:
Simulation numérique de l'écoulement laminaire bidimensionnel créé par un fil chaud placé sous une surface libre. Le code de calcul inclut les convections naturelle et de Marangoni, les transferts de chaleur à l’interface ainsi que la viscosité interfaciale. Analyse linéaire de stabilité dans le cas d'une couche liquide horizontale d'extension infinie, limitée par une paroi rigide et une surface libre. Modélisation
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Schwarzenberger, Karin. "Experimentelle Untersuchungen zur Strukturbildung unter stationärer solutaler Marangoni-Instabilität." Doctoral thesis, Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2016. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-192640.
Full textAbstract:
Beim Stoffübergang einer grenzflächenaktiven Substanz in einem flüssigen Zweiphasensystem kann solutale Marangoni-Instabilität einsetzen. Die weitere nichtlineare Entwicklung der Marangoni-Instabilität geht mit einer enormen Vielfalt von Strömungsmustern einher. In der Literatur wird dieser Aspekt häufig unter dem unscharfen Ausdruck „Grenzflächenturbulenz“ zusammengefasst.
Diese Arbeit stellt heraus, dass drei grundlegende Strukturformen existieren: Rollzellen, Relaxationsoszillationen und Relaxationsoszillationswellen. Ein großer Teil der Komplexität der Strömungsmuster ist dadurch begründet, dass die Grundstrukturen unterschiedliche Hierarchieebenen aufweisen. Es werden die zugrunde liegenden Bedingungen für das Auftreten der jeweiligen Strukturtypen, ihre transiente Natur und die Bildung der hierarchischen Strömungsmuster untersucht. Des Weiteren betrachtet diese Arbeit die Wechselwirkungen mit Dichteeffekten, die sowohl die Charakteristik der Strukturen als auch ihre zeitliche Entwicklung beeinflussen.
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Duquette, Jonathan. "A Bénard-Marangoni instability and nucleation of nanotubes /." Thesis, McGill University, 2005. http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=84025.
Full textAbstract:
We present a novel model describing the nucleation and the initial growth of bundles of carbon single-walled nanotubes (C-SWNTs). The formation of the catalyst nanoparticle, on which bundles of C-SWNTs grow, is first investigated. A qualitative analysis of the carbon-catalyst phase diagram shows that the gas-phase synthesis process leads to the formation of a nanometric liquid layer, supersaturated in carbon, surrounding the catalyst nanoparticle. It is then claimed that a solutal Benard-Marangoni instability governs the flow of carbon in the liquid layer. Using results from linear stability analyses, it is shown, for a planar and a spherical geometry, that the onset of the solutal Benard-Marangoni instability in the liquid layer is possible and favoured with respect to other fluid instabilities. Subsequently, results from a weakly nonlinear stability analysis (in a planar geometry) and from a bifurcation analysis (in a spherical geometry), are leveraged in order to show that the instability leads to the formation of hexagonal convection cells. It is argued that, once initiated, the solutal Benard-Marangoni instability provides the kinetic mechanism necessary for the nucleation and the initial growth of bundles of C-SWNTs. This model provides an explanation for aspects of the growth still unclear, such as the nucleation mechanism, the nanometric diameter of C-SWNTs and their collective organization into bundles, at the onset of the growth.
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Czechowski, Leszek. "Marangoni instability in a finite container with a deformable interface." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 1997. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk2/ftp01/MQ28556.pdf.
Full text
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Becerril, Bárcenas Ricardo. "Instabilities and onset in double diffusive and long-wavelength Marangoni convection /." Digital version accessible at:, 1998. http://wwwlib.umi.com/cr/utexas/main.
Full text
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Koleski, Goce. "Flower-like azimuthal instability of a divergent flow at the water/air interface." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0244.
Full textAbstract:
Un écoulement axisymétrique à une interface eau-air s’avère instable azimutalement. Durant cette thèse,nous avons mené deux expériences afin d’étudier ce point : (1) une petite fontaine subaquatique propulse un jet contre l’interface eau-air créant ainsi en surface un écoulement centrifuge radial; (2) une microbille chauffée par laser, en mouillage partiel à la surface de l’eau, engendre un écoulement thermocapillaire divergent. Lorsque la vitesse du jet ou la puissance du laser est suffisamment forte, il se produit une brisure de symétrie de l’écoulement torique initial en paires de vortex contrarotatifs entourant la source.Nous précisons les caractères morphologiques du tore ainsi que du dipôle par le biais d’expériences de tomographie laser et d’injection de colorant. Dans l’expérience du jet d’eau, nous montrons que la taille du tore est essentiellement déterminée par la distance séparant l’injecteur de la surface. Dans les deux expériences, un état "bloqué" de l’interface en régime toroïdal mais "débloqué" en régime dipolaire est mis en évidence par suivi de traceurs. Ce type de phénomène est piloté par l’élasticité de surface. Une preuve convaincante est la réponse élastique, à l’extinction du laser, de la couche de surfactants adsorbés à l’interface. Le principal intérêt de ce travail est de mettre en avant le rôle – clé que joue l’élasticité interfaciale dans le scénario de l’instabilité. D’un point de vue théorique, nous étudions la convection thermocapillaire induite par une source fixe ponctuelle à l’interface eau-air. Nous résolvons l’équation de Stokes incompressible au sein du demi – espace contenant le liquide et déterminons la solution exacte du problème advectif, non-linéaire, dans le régime axisymétrique en limite de champ lointain. Enfin, nous posons les bases sur lesquelles élaborer une théorie de l’instabilité. Ce travail de thèse devrait permettre de comprendre comment une petite sphère chaude à la surface de l’eau déclenche le type d’instabilité étudié ici, devenant de ce fait une "particule active" capable de s’autopropulser à grande vitesseAxisymmetric flows on a water-air interface prove to be azimuthally unstable. In this thesis work, we design two setups to explore this fact : (1) a small subaquatic fountain propelling a jet against the water-air interface where it creates a centrifugal radial flow, (2) a laser – heated microbead in partial wetting at the surface of water that induces a divergent thermocapillary flow. At sufficiently high jet speeds or laser powers appears a symmetry – breaking of the toroidal base flow in the form of counter – rotating vortex pairs surrounding the source. Morphological traits of the torus and the dipole are uncovered through a wealth of laser tomography and dye injection experiments. In the water jet experiment, we show that the torus size is primarily fixed by the distance between the injector and the surface. In both experiments,the tracking of tracer particles evidences a ‘locked’ interface in the toroidal regime, whereas it ‘unlocks’ when a dipole sets in. Such a phenomenon is conditioned by surface elasticity. Cogent evidence is brought by the elastic response to laser shutdown of a surfactant layer adsorbed at the water surface. Unveiling the key role of surface elasticity in the scenario of the instability is the main achievement of this work.On a theoretical level, we focus on thermocapillary convection induced by a fixed point source of heat sitting across the water-air interface. We solve the incompressible Stokes equation within the water – filled half – space and derive an exact solution to the advective nonlinear regime in the far – field axisymmetric limit. We then lay the groundwork on which to build a model of the instability. This thesis work paves the way for understanding how a hot microsphere found on the water surface triggers such an instability, thereby becoming an ‘active particle’ able to achieve self – propulsion at large speeds
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Bammou, Lahcen. "Instabilité thermoconvective d'un écoulement Poiseuille-Rayleigh-Bénard-Marangoni en canal ouvert à surface libre." Thesis, Pau, 2012. http://www.theses.fr/2012PAUU3030/document.
Full textAbstract:
Plusieurs études tant numériques qu’expérimentales font état de la présence d’instabilités thermiques dans des films liquides chauffés uniformément par le bas pour des conditions aux limites et d’écoulements particuliers. La présence de ces instabilités modifiera les transferts thermiques associés. Le sujet de ce travail de thèse consiste à étudier numériquement les instabilités thermoconvectives d’un écoulement laminaire tridimensionnel de convection mixte dans un canal horizontal à surface libre. Les variations de la tension de surface avec la température (effet Marangoni ou effet thermocapillaire) sont prises en compte. Bien que d’un intérêt certain pour de nombreuses applications industrielles, cette situation a été très peu étudiée d’un point de vue académique dans la configuration considérée ici. Dans cette de configuration plusieurs types de structures thermoconvectives sont susceptibles d’apparaître. Lorsque les forces induites par les courants de convection naturelle, forcée et thermocapillaire sont du même ordre de grandeur, les premiers résultats montrent un développement des instabilités sous forme de rouleaux convectifs longitudinaux stationnaires semblables à ceux rencontrés pour des écoulements de type Poiseuille-Rayleigh-Bénard. A notre connaissance, c’est la première fois que l’écoulement de convection de type Poiseuille-Rayleigh-Bénard associé aux effets Marangoni est étudié. Le nombre et la distribution spatiale des rouleaux convectifs le long du canal dépendent des conditions de l’écoulement. Nous proposons une étude numérique pour ces conditions particulières d’écoulement pouvant conduire à des instabilités avec une évaluation de leur effet sur les transferts de chaleur. Les équations de Navier-Stokes et de l’énergie sont résolues numériquement par la méthode de volumes finis en prenant en compte les effets thermocapillaires. Les résultats présentés concernent l’influence des paramètres contrôlant l’écoulement (nombres de Reynolds, de Rayleigh, de Biot, de Marangoni et le rapport de forme) sur les motifs de l’écoulement et les échanges thermiques. Dans une seconde partie du travail, complémentaire à la première, une analyse de stabilité linéaire de l’écoulement dans un canal ouvert à surface libre d’extension latérale infinie est réalisée en utilisant la méthode spectrale de type collocation Chebyshev pour résoudre un système aux valeurs propres. Les diagrammes de stabilité déterminant les seuils des paramètres conduisant à l’instabilité thermoconvective ont été obtenus et analysés, ainsi que les structures spatiales associéesSeveral studies both numerical and experimental have reported the presence of thermal instabilities in liquid films uniformly heated from below for specific boundary conditions and flows. The presence of these instabilities modifies the associated heat transfer. The subject of this PhD thesis is to study numerically the instability of three-dimensional laminar mixed convection within a liquid flowing on a horizontal channel heated uniformly from below. The upper surface is free and assumed to be flat. The variations of the surface tension with the temperature (Marangoni effect or thermocapillary effect) are taken into account. Although of great interest for many industrial applications, this problem has received little attention from an academic point of view. In this configuration, several types of thermoconvective structures may appear. When the strength of the buoyancy, thermocapillary effects and forced convective currents are comparable, the results show the development of instabilities in the form of steady longitudinal convective rolls similar to those encountered in the Poiseuille-Rayleigh-Bénard flow. To our knowledge, this is the first time that the Poiseuille-Rayleigh-Bénard flow associated to the Marangoni effects has been investigated. The number and spatial distribution of the convective rolls along the channel depend on the flow conditions. We propose a numerical study on the flow conditions that could lead to thermal instabilities with an evaluation of their effect on the heat transfer. The coupled Navier-Stokes and energy equations are solved numerically by the finite volume method taking into account the thermocapillary effects. The results presented concern the influence of several control parameters (the Reynolds, Rayleigh, Biot and Marangoni numbers and the aspect ratio of the channel) on the flow patterns and heat transfer characteristics. In the second part of this work, complimentary to the first, a linear stability analysis of a horizontal liquid film flowing in an open channel, with infinite lateral extension and uniform heating from below, is carried out. An eigenvalue problem is obtained in the course of this analysis which is solved numerically using the Chebyshev collocation spectral method. The stability diagrams determining the threshold parameters leading to thermoconvective instabilities were obtained and analyzed as well as the associated spatial patterns
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De, Oliveira Cruz Mendes Tatsis Maria Alcina. "Marangoni instabilities under microgravity and in liquid-liquid systems with an interfacial chemical reaction." Thesis, Imperial College London, 1990. http://hdl.handle.net/10044/1/46279.
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Saenz, Pedro Javier. "Evaporation of liquid layers and drops." Thesis, University of Edinburgh, 2015. http://hdl.handle.net/1842/9980.
Full textAbstract:
This thesis focuses on investigating the stability, dynamics and physical mechanisms of thermocapillary flows undergoing phase change by means of direct numerical simulations and experiments. The novelty of the general approach developed in this work lies in the fact that the problems under consideration are addressed with novel fully-coupled transient two-phase flow models in 3D. Traditional simplifications are avoided by accounting for deformable interfaces and by addressing advection-diffusion mechanisms not only in the liquid but also in the gas. This strategy enables a realistic investigation of the interface energy and mass transfer at a local scale for the first time. Thorough validations of the models against theory and experiments are presented. The thesis encompasses three situations in detail: liquid layers in saturated environments, liquid layers in unsaturated environments and evaporation of liquid droplets. Firstly, a model grounded in the volume-of-fluid method is developed to study the stability of laterally-heated liquid layers under saturated environments. In this configuration, the planar layer is naturally vulnerable to the formation of an oscillatory regime characterized by a myriad of thermal wave-like patterns propagating along the gas-liquid interface, i.e. hydrothermal waves. The nonlinear growth of the instabilities is discussed extensively along with the final bulk flow for both the liquid and gas phases. Previously unknown interface deformations, i.e. physical waves, induced by, and enslaved to, the hydrothermal waves are reported. The mechanism of heat transfer across the interface is found to contradict previous single-phase studies since the travelling nature of the hydrothermal waves leads to maximum heat fluxes not at the points of extreme temperatures but somewhere in between. The model for saturated environments is extended in a second stage to assess the effect of phase change in the hydrothermal waves for the first time. New numerical results reveal that evaporation affects the thermocapillary instabilities in two ways: the latent energy required during the process tends to inhibit the hydrothermal waves while the accompanying level reduction enhances the physical waves by minimizing the role of gravity. Interestingly, the hydrothermal-wave-induced convective patterns in the gas decouple the interface vapour concentration with that in the bulk of the gas leading to the formation of high (low) concentrations of vapour at a certain distance above interface cold (hot) spots. At the interface the behavior is the opposite. The phase-change mechanism for stable layers is also discussed. The Marangoni effect plays a major role in the vapour distribution and local evaporation flux and can lead to the inversion of phase-change process, i.e. the thermocapillary flow can result into local condensation in an otherwise evaporating liquid layer. The third problem discussed in this thesis concerns with the analysis of evaporating sessile droplets by means of both experiments and 3D numerical modeling. An experimental apparatus is designed to study the evaporation process of water droplets on superheated substrates in controlled nitrogen environments. The droplets are simultaneously recorded with a CCD camera from the side and with an infrared camera from top. It is found that the contact line initially remains pinned for at least 70% of the time, period after which its behaviour changes to that of the stick-slip mode and the drop dries undergoing contact line jumps. For lower temperatures an intermediate stage has been observed wherein the drop evaporates according to a combined mode. The experimental work is complemented with numerical simulations. A new model implementing the diffuse-interface method has been developed to solve the more complex problems of this configuration, especially those associated with the intricate contact-line dynamics. Further insights into the two-phase flow dynamics have been provided as well as into the initial transient stage, in which the Marangoni effect has been found to play a major role in the droplet heating. For the first time, a fully-coupled two-phase direct numerical simulations of sessile drops with a moving contact line has been performed. The last part of this work has been devoted to the investigation of three-dimensional phenomena on drops with irregular contact area. Non-sphericity leads to complex three-dimensional drop shapes with intricate contract angle distributions along the triple line. The evaporation rate is found to be affected by 3D features as well as the bulk flow, which become completely non-axisymmetric. To the best of our knowledge, this work is the first time that three-dimensional two-phase direct numerical simulations of evaporating sessile drops have been undertaken.
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Zhao, Sicheng. "Interactive dynamics of fluid flow and metallic alloys solidification." Thesis, Aix-Marseille 3, 2011. http://www.theses.fr/2011AIX30010.
Full textAbstract:
Nous avons étudié les phénomènes convectifs et leur interaction dynamique avec la formation des microstructures pendant la solidification dirigée d’alliages étalliquesbinaires.La méthode post-mortem a été utilisée d’abord pour étudier la Transition olonnaire-Equiaxe pendant la solidification dirigée d’échantillons cylindriques d’Al-3,5wt%Ni non affiné sous la Technique de Rotation Accélérée de Creuset. La simulation numérique a été éffectuée et acquérie les résultats en concordance avec les manipulations.La technique in-situ a été appliquée pour comprendre l’évolution en fonction de temps des grains pendant solidification d’Al-4wt%Cu. La caractéstiques tatistiques des grains ont été discutées.La convection d’instabilité déclenchée par la poussée ou la tension superfaciale sous les gradients thermiques verticale et horizontale dans un système de double couches liquide-zone poreuse ont réspectivement étudié par analysis d’instabilité linéaire.L’inhomogénéité de la perméabilité de zone pateuse dendritique a été tenue en compte afin de comprendre son influence sur le début de convection pendant la solidification dirigée d’Al-3,5wt%LiWe studied the convective phenomena and their dynamical interaction with the formation of the microstructurs during directional solidification of binary metallic alloys.The post-mortem method was used first to study the Columnar-Equiaxed-Transition during the directional solidification of unrefined Al-3.5wt%Ni in cylindric samples under the Accelerated Crucible Rotation Technique. The numerical imulation was carried out and achieved the results in agreement with experiments.The in-situ technique was applied to understand the evolution of equiaxed grains during solidification of Al-4wt%Cu in function of time. The statistical characteristics of equiaxed grains were discussed.The buoyancy-driven and surface-tension-driven instability convection under vertical and horizontal thermal gradients in a liquid-porous double-layered system were respectively investigated through linear instability analysis.The inhomogeneity of the dendritic mush permeability was taken into account in order to understand its influence on the triggering of convection during the directional solidification of Al-3.5wt%Li
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Magdelaine-Guillot, de Suduiraut Quentin. "Hydrodynamique des films liquides hétérogènes." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS531.
Full textAbstract:
Revêtir une surface d’un film mince permet de lui conférer de nouvelles propriétés, comme en réduire les reflets ou améliorer sa résistance aux rayures. Une méthode pour produire ces revêtements est le dépôt par voie liquide : elle consiste à couvrir la surface avec un matériau dispersé dans un liquide puis à le sécher. Cette méthode permet de fonctionnaliser efficacement et rapidement de grandes surfaces. Bien qu'attrayante pour l’industrie verrière, la perspective d'une fonctionnalisation par voie liquide se heurte actuellement à l'apparition de défauts dans le film lors de son séchage, notamment des variations d'épaisseurs sur de grandes distances. Ces imperfections détériorent l'esthétique et les propriétés optiques de la surface. Dans cette thèse, nous apportons un éclairage sur l’apparition de ces défauts, en étudiant les écoulements générés lors du séchage de films liquides de mélanges binaires. En effet, l'évaporation du solvant peut induire des variations de composition qui génèrent en retour des gradients de tension à la surface du film qui le déstabilisent. La combinaison d'expériences modèles, de modélisations théoriques et de simulations numériques ont permis de mettre en évidence et de décrire quantitativement plusieurs régimes, qui correspondent aux différents effets limitant l’instabilité : la pesanteur, la pression de Laplace, l’homogénéisation latérale par diffusion des composées dans le film ou au contraire la stratification verticale de ces composés, causée par l’évaporation. Une étude indépendante a été menée sur la génération de trains de bulles lorsque de l’air est lentement injecté dans un bainCoating processes allow functionalizing a surface to obtain new properties, as anti-glare or anti-scratch. Amongst the various methods, wet coating, the process of spreading then drying a liquid layer containing a material of interest, is particularly appealing because of its efficiency and low cost. One key hurdle, however, is the possible apparition of defects in the film during the drying process, notably, thickness variations over large areas. These imperfections degrade the aspect and the optical properties of the surface. In this Ph.D. thesis, we shed light on the apparition of these defects, by studying the flows triggered by the evaporation in liquid films of binary mixtures. Indeed, the evaporation of the solvent can induce variations of composition which generate in return gradients of tension at the film surface which destabilize it. The combination of model experiments, theoretical modeling and numerical simulations allowed us to reveal and describe quantitatively several regimes, which correspond to the factor limiting the instability: gravity, Laplace pressure, lateral homogenization by diffusion of the compounds or by their vertical stratification due to the evaporation. An independent study has been lead on the generation of bubble trains when air is slowly injected in a bath
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Robert, de saint vincent Matthieu. "Écoulements microfluidiques pilotés sans contact par une onde laser." Thesis, Bordeaux 1, 2010. http://www.theses.fr/2010BOR14072/document.
Full textAbstract:
L’effet thermocapillaire (ou Marangoni) est la résultante mécanique d’un gradient de tensioninterfaciale induit par la présence d’un gradient de température sur une interface fluide. Il semanifeste par (i) la migration d’un objet fini (goutte, bulle) immergé, et (ii) une déflexion del’interface. Sa nature interfaciale le rend particulièrement pertinent à petite échelle, notammenten microfluidique diphasique. Ce travail de thèse montre comment un effet thermocapillaireinduit localement par chauffage laser peut être utilisé pour produire des composants optofluidiquesélémentaires (vanne, aiguillage, échantillonneur), et en présente une étude quantitative.La déstabilisation d’un jet microfluidique forcée par laser, conduisant à sa rupture, est égalementprésentée et caractérisée. Cette « boîte à outils » optique fournit ainsi une approche sans contact,pour produire et manipuler des gouttes en microfluidique digitale sans nécessité d’une microfabricationdédiée. Par ailleurs, afin de caractériser sur des temps longs les gouttes produites,et ainsi considérer des populations statistiquement significatives, un dispositif optoélectroniquesimple pour mesurer les gouttes et leur vitesse en temps réel a également été développéThe thermocapillary (or Marangoni) effect is the mechanical result of an interfacial tension gradientinduced by a temperature gradient on a fluid interface. This effect manifests itself byinducing (i) the migration of an immersed finite-size object (droplet, bubble), and (ii) a deflexionof the interface. Due to its interfacial nature, the Marangoni effect is particularly relevantat small length scales, especially in the context of two-phase microfluidics. This thesis aims atapplying the thermocapillary effect locally induced by laser heating, in order to create some basicoptofluidic actuators (valve, switch, sampler). A quantitative study of these actuators is presented.The laser-forced destabilization of a co-flowing microfluidic jet, leading to its breakup,is also investigated. This “optical toolbox” represents a non-contacting, and microfabricationfreeapproach for the production and handling of droplets in digital microfluidics. Moreover, tocharacterize these droplet over long times, thus considering statistically significant populations,a simple optoelectronic device has been developed for measuring the size and velocity of thedroplets in real time
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Schwarzenberger, Karin [Verfasser], Stefan [Akademischer Betreuer] Odenbach, and Reinhard [Akademischer Betreuer] Miller. "Experimentelle Untersuchungen zur Strukturbildung unter stationärer solutaler Marangoni-Instabilität / Karin Schwarzenberger. Betreuer: Stefan Odenbach. Gutachter: Stefan Odenbach ; Reinhard Miller." Dresden : Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2016. http://d-nb.info/1083463292/34.
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Schwarzenberger, Karin Verfasser], Stefan [Akademischer Betreuer] Odenbach, and Reinhard [Akademischer Betreuer] [Miller. "Experimentelle Untersuchungen zur Strukturbildung unter stationärer solutaler Marangoni-Instabilität / Karin Schwarzenberger. Betreuer: Stefan Odenbach. Gutachter: Stefan Odenbach ; Reinhard Miller." Dresden : Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2016. http://d-nb.info/1083463292/34.
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Uguz, Kamuran Erdem. "Evaporative instability in binary mixtures." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112169/document.
Full textAbstract:
Cette étude concerne la physique des écoulements convectifs résultant d’une instabilité d’évaporation de fluides binaires. Ce problème a de nombreuses applications, l’enrobage par centrifugation, le dépôt de films, les caloducs, etc, pour lesquels le changement de phase et la convection jouent un rôle prépondérant dans la conception et la qualité des procédés. Le système physique étudié est un mélange liquide sous sa propre vapeur, confiné par deux plaques conductrices de chaleur et des bords latéraux isolants. Les plaques sont utilisées pour appliquer un gradient thermique. Aucun gradient de concentration n’est imposé au système. Ces gradients sont induits par les différentes vitesses d’évaporation des composés. Dans ce système, il est important de comprendre comment la dynamique des fluides et les transferts de masse et de chaleur entrent en compétition pour la formation de structures. Le principal objectif de ce travail est d’identifier les conditions pour que le système évolue d’un état conductif vers un état de convection lorsque le gradient vertical de température dépasse une certaine valeur critique.Dans le système, la convection s’installe par trois mécanismes distincts : évaporation, gradients de densité et gradients de tension interfaciale. Trois forces convectives s’opposent aux effets de diffusion qui tendent à garder le système en état conductif. Le seuil d’apparition de la convection dépend de quelques variables, comme les dimensions du contenant, les propriétés thermophysiques des phases liquide et vapeur, la fraction massique, et les caractéristiques de perturbations. L’effet de chacune de ces variables sur le seuil est étudié en présence ou non de gravité.Pour représenter la physique, un modèle mathématique non linéaire complet est développé, basé sur les conservations de quantité de mouvement, d’énergie et de masse dans chaque phase avec les conditions aux limites appropriées. Le fluide binaire est composé de deux alcools légers comme l’éthanol et le sec-butanol. Dans les équations du modèle, la masse volumique ainsi que la tension interfaciale sont fonctions à le fois de la température et de la concentration. Pour la recherche du seuil de transition, les équations sont linéarisées autour d’un état de base connu. Dans notre cas, il s’agit de l’état conductif. Le système d’équations linéaires résultant est résolu par une méthode de collocation spectrale Chebyshev.Nous obtenons quatre résultats principaux. Premièrement, dans un système multi-composants sans gravitation, une instabilité n’apparaît que lorsque le système est chauffé du côté de la phase vapeur contrairement à un système mono-composant. Cela implique que, si on souhaite éviter les instabilités, il vaut mieux un apport de chaleur par la phase liquide en cas de processus d’évaporation en couches minces ou en micro-gravité.Deuxièmement, en présence de gravité, un système multi-composants peut devenir instable quelle que soit la direction du chauffage. Si la convection thermique est négligeable, alors nous montrons que le chauffage par la phase vapeur est la configuration la plus instable. Sinon, les deux modes de chauffage sont à même de produire une instabilité. Ce résultat implique que le gradient thermique appliqué doit être inférieur à une valeur seuil pour éviter les instabilités quelle que soit la direction du chauffage.Troisièmement, lorsque l’instabilité apparaît en absence de gravité, des structures n’apparaitront pas dans le cas de fluide pur mais apparaitront dans le cas d’un fluide multi-composants. De même, des structures apparaitront en présence de gravité en fonction du facteur d’aspect du confinement. Les facteurs d’aspect peuvent être choisis pour éviter des structures multi-cellulaires même en cas d’apparition d’instabilités durant l’évaporation.Enfin, des structures oscillantes ne sont pas prédites de façon générale malgré les effets opposés des convections solutale et thermique dans le problème d’évaporationThis study focuses on understanding the physics of the convective flow resulting from evaporative instability in binary mixtures. This problem has wide applications in spin coating, film deposition, heat pipes, etc. where phase change and convection play a very important role in the design process and also final quality of the product. The physical system of interest consists of a liquid mixture underlying its own vapor sandwiched between two conducting plates with insulated sidewalls in a closed container. The conducting plates are used to apply a vertical temperature gradient while there is no applied concentration gradient in the system. Concentration gradients are induced by the different evaporation rate of the components. In this system it is important to understand how the fluid dynamics and the heat and mass transfer interact competitively to form patterns. The main goal of this work is to identify the conditions for the system going from the conductive no-flow state to a convection state when the applied vertical temperature gradient exceeds a certain value called the critical value.In the system convection arises due to three distinct phenomena; evaporation, density gradients, and interfacial tension gradients. These convective forces are opposed by the diffusion effects that try to keep the system in the conductive no-flow state. The onset point depends upon several variables such as the dimensions of the container, thermo-physical properties of both liquid and vapor phases, mass fraction, and the characteristic of the disturbance given to the system. The effects of each of these variables on the onset point are investigated both in the presence and in the absence of gravity. To represent the physics a complete non-linear mathematical model is developed including momentum, energy, and mass balances in both phases with appropriate boundary conditions. The binary mixture is assumed to be made up of two low weight alcohols such as ethanol and sec-butanol. In the modeling equations the density and the interfacial tension are taken to be function of both temperature and concentration. To identify the onset point the non-linear equations are linearized around a known base state. In this case the base state is the conductive no-flow state. The resulting set of linear equations is solved using a spectral Chebyshev collocation method. Four major results arise from this work. First, in a multi-component system in the absence of gravity, an instability arises only when the system is heated from the vapor side as opposed to evaporation in a single-component. The implication is that evaporative processes in thin layers or in micro-gravity are best conducted with heat from the liquid side if instabilities are to be avoided.Second, in the presence of gravity, a multi-component system may become unstable no matter the direction of heating. If thermal buoyancy is negligible then it is shown in this study that heating from the vapor side is the unstable arrangement. Otherwise either heating style can produce an instability. This result means that the applied temperature difference must be kept below a threshold in order to avoid flow instabilities no matter the heating direction.Third, whenever instability occurs in the absence of gravity, patterns will not result in the case of a pure component but may result in the case of multi-components. Likewise, patterns will result when gravity is taken into account provided the aspect ratio of the container lies in a suitable range. As a result, aspect ratios can be chosen to avoid multi-cellular patterns even if convective flow instabilities arise during evaporation.Lastly, oscillations are not ordinarily predicted despite opposing effects of solutaland thermal convection in the evaporation problem
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Ringuet, Eric. "Instabilites temporelles et spatio-temporelles créées par la présence d'un fil chaud sous une surface libre." Rouen, 1994. http://www.theses.fr/1994ROUES068.
Full textAbstract:
Lorsqu'un fil chaud est placé juste sous la surface libre d'un fluide, des ondes de chaleur se propageant le long du fil peuvent être observées. Ce travail porte sur la recherche et la caractérisation de comportements chaotiques ainsi que sur l'étude des mécanismes physiques mis en jeu dans cette expérience. Par exemple, l'écoulement du fluide et le champ de température de la surface sont étudiés. Plusieurs routes vers le chaos sont mises en évidence. En particulier, la première observation de l'intermittence de type-II dans un système hydrodynamique est rapportée. Les comportements résultant du couplage non-linéaire de deux oscillateurs sont étudiés dans l'expérience du fil chaud et comparés au modèle théorique de Curry et Yorke. Enfin, des comportements chaotiques spatio-temporels sont observés. Le nombre de degrés de liberté décrivant l'état du système est alors de l'ordre de 6
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Gedvilas, Mindaugas. "Self-organization in thin metal films under laser irradiation." Doctoral thesis, Lithuanian Academic Libraries Network (LABT), 2011. http://vddb.laba.lt/obj/LT-eLABa-0001:E.02~2011~D_20111122_102641-53693.
Full textAbstract:
The aim of this PhD thesis is to find out mechanisms of the ripple initiation and formation in the chromium thin film on the glass substrate. To learn to control the ripple formation and to apply it for fabrication of diffraction gratings. In this thesis, the experimental and theoretical results of new self-organization effect of the metal thin film on the glass substrate under irradiation with a sequence of partially overlapping laser pulses are presented. The method for formation of the regular ripples and results on investigation of diffractive properties of the self-organized gratings is presented. Different types of metals are used in experiments in order to understand the reasons of regular structure formation in chromium film. A diverse behavior of the films under laser irradiation is observed depending on the metal when burst of partially overlapping pulses was applied. Experimental data is compared with simulations based on different physical phenomena in order to develop and confirm a model of ripple formation in thin chromium film under its irradiation with pulses of a nanosecond laser. The Plateau-Rayleigh instability of the cylindrical ridge formation during laser ablation appears to be the most probable process responsible for initiation of the ripple formation. The Marangoni convection of the molten metal from hot areas to cold is the stabilizing process of steady ripple formation.Disertacijos darbo tikslas yra suprasti pagrindinius fizikinius mechanizmus, lemiančius raibulių susidarymą. Išmokti kontroliuoti raibulių formavimąsi. Panaudoti raibulių formavimąsi difrakcinių gardeliu gamybai. Rasti sąlygas, kada raibulių formavimosi galima išvengti, siekiant sumažinti kodinės stiklinės liniuotės periodą. Ištirti galimą raibulių formavimąsi skirtingų metalų dangose. Šioje daktaro disertacijoje pristatomi eksperimentiniai ir teoriniai rezultatai naujo savi-organizacijos reiškinio metalo dangos ant stiklo padėklo nanosekundinio lazerio į juostą sufokusuoto pluošto spinduliuotės poveikyje. Pristatomas naujas difrakcinių gardelių formavimo metodas panaudojant metalo savitvarką. Siekiant suprasti kas inicijuoja raibulių formavimąsi ir ar jis įmanomas visiems metalams, dangos apdribimas persiklojančiais lazerio impulsais aštriai į juostą sufokusuotu lazerio pluoštu išbandytas skirtingiems metalams. Skirtingas dangos elgesys stebimas kiekvienam metalui. Nagrinėjami pagrindiniai fizikiniai mechanizmai sukeliantys griežtai periodinių raibulių formavimąsi. Parodoma, kad raibulių formavimosi pradžia atsiranda dėl Plato-Reilio nestabilumo cilindrinės užvartos susidarymo metu. Taip pat parodoma, kad Marangoni konvekcija skystame metale yra pagrindinė jėga, lemianti nusistovėjusį periodinių raibulių formavimąsi.
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Gedvilas, Mindaugas. "Plonų metalų sluoksnių savitvarkos lazerio spinduliuotės poveikyje tyrimas ir modeliavimas." Doctoral thesis, Lithuanian Academic Libraries Network (LABT), 2011. http://vddb.laba.lt/obj/LT-eLABa-0001:E.02~2011~D_20111122_102749-17404.
Full textAbstract:
Disertacijos darbo tikslas yra suprasti pagrindinius fizikinius mechanizmus, lemiančius raibulių susidarymą. Išmokti kontroliuoti raibulių formavimąsi. Panaudoti raibulių formavimąsi difrakcinių gardeliu gamybai. Rasti sąlygas, kada raibulių formavimosi galima išvengti, siekiant sumažinti kodinės stiklinės liniuotės periodą. Ištirti galimą raibulių formavimąsi skirtingų metalų dangose. Šioje daktaro disertacijoje pristatomi eksperimentiniai ir teoriniai rezultatai naujo savi-organizacijos reiškinio metalo dangos ant stiklo padėklo nanosekundinio lazerio į juostą sufokusuoto pluošto spinduliuotės poveikyje. Pristatomas naujas difrakcinių gardelių formavimo metodas panaudojant metalo savitvarką. Siekiant suprasti kas inicijuoja raibulių formavimąsi ir ar jis įmanomas visiems metalams, dangos apdribimas persiklojančiais lazerio impulsais aštriai į juostą sufokusuotu lazerio pluoštu išbandytas skirtingiems metalams. Skirtingas dangos elgesys stebimas kiekvienam metalui. Nagrinėjami pagrindiniai fizikiniai mechanizmai sukeliantys griežtai periodinių raibulių formavimąsi. Parodoma, kad raibulių formavimosi pradžia atsiranda dėl Plato-Reilio nestabilumo cilindrinės užvartos susidarymo metu. Taip pat parodoma, kad Marangoni konvekcija skystame metale yra pagrindinė jėga, lemianti nusistovėjusį periodinių raibulių formavimąsi.The aim of this PhD thesis is to find out mechanisms of the ripple initiation and formation in the chromium thin film on the glass substrate. To learn to control the ripple formation and to apply it for fabrication of diffraction gratings. In this thesis, the experimental and theoretical results of new self-organization effect of the metal thin film on the glass substrate under irradiation with a sequence of partially overlapping laser pulses are presented. The method for formation of the regular ripples and results on investigation of diffractive properties of the self-organized gratings is presented. Different types of metals are used in experiments in order to understand the reasons of regular structure formation in chromium film. A diverse behavior of the films under laser irradiation is observed depending on the metal when burst of partially overlapping pulses was applied. Experimental data is compared with simulations based on different physical phenomena in order to develop and confirm a model of ripple formation in thin chromium film under its irradiation with pulses of a nanosecond laser. The Plateau-Rayleigh instability of the cylindrical ridge formation during laser ablation appears to be the most probable process responsible for initiation of the ripple formation. The Marangoni convection of the molten metal from hot areas to cold is the stabilizing process of steady ripple formation.
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Grahn, Alexander. "Strömungsinstabilitäten bei Stoffübergang und chemischer Reaktion an der ebenen Grenzfläche zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten." Forschungszentrum Dresden, 2010. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:d120-qucosa-28755.
Full textAbstract:
In verfahrenstechnischen Anlagen der Flüssig-Flüssig-Stoffübertragung kommt es an der Phasengrenze zwischen den nicht mischbaren Flüssigphasen häufig zur Ausbildung hydrodynamischer Instabilitäten. Sie sind mit komplexen Geschwindigkeitsfeldern in den Flüssigphasen, insbesondere in den grenzschichtnahen Regionen verbunden und führen zu einem starken Anstieg der pro Zeiteinheit übertragenen Stoffmenge. Die Lösung der Diffusionsgleichung reicht in diesem Fall zur Vorausberechnung des für Auslegungszwecke bedeutsamen Stoffdurchgangskoeffizienten nicht mehr aus. Chemische Reaktionen stellen Quellen oder Senken von Wärme und Stoff dar, die das Auftreten von Instabilitäten begünstigen und die mathematische Beschreibung zusätzlich erschweren. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden experimentelle und numerische Untersuchungen zum Flüssig-Flüssig-Stoffübergang in einem vertikalen Kapillarspalt durchgeführt. Reaktionsfreie Stoffübergänge und solche mit einer exothermen chemischen Reaktion an der Phasengrenze zeigten eine große Vielfalt von Konvektionsstrukturen, wie Rollzellen, Thermiken und das doppeldiffusive Fingerregime. Die Visualisierung der Transportvorgänge erfolgte durch das Schattenschlierenverfahren. Die Beobachtungen wurden hinsichtlich geometrischer Eigenschaften von Konvektionsstrukturen sowie deren zeitlicher Änderung ausgewertet. Dazu zählten insbesondere das Längenwachstum von Thermiken und horizontale Wellenlängen von Fingerstrukturen. Zur mathematischen Beschreibung der Phänomene im Kapillarspalt wurde ein Modell entwickelt, welches auf den gekoppelten, zweidimensionalen Transportgleichungen von Impuls, Wärme und Stoff beruht. Es berücksichtigt dichte- und grenzflächenspannungsgetriebene Instabilitätsmechanismen sowie die besonderen Durchströmungseigenschaften des Kapillarspalts. Die Phasengrenze wurde als eben angenommen. Die Lösung der Modellgleichungen erfolgt auf numerischem Wege durch ein Computerprogramm. Das Modell ist in der Lage, die beobachteten Instabilitätsphänomene qualitativ richtig wiederzugeben. Mit Hilfe von Simulationsrechnungen konnte der Mechanismus aufgeklärt werden, der zum schnelleren Rückgang des Stoffdurchgangskoeffizienten im Rollzellenregime der rein grenzflächenspannungsgetrieben Instabilität im Vergleich zum Vorgang mit überlagerter Dichtekonvektion führt. Des Weiteren gelang der Nachweis des doppeldiffusiven Fingerregimes beim Stoffübergang mit exothermer Grenzflächenreaktion. Die berechnete Erhöhung des Stoffdurchgangskoeffizienten stimmt mit Angaben in experimentellen Arbeiten anderer Autoren überein.
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Grahn, Alexander. "Strömungsinstabilitäten bei Stoffübergang und chemischer Reaktion an der ebenen Grenzfläche zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten." Forschungszentrum Rossendorf, 2005. https://hzdr.qucosa.de/id/qucosa%3A21702.
Full textAbstract:
In verfahrenstechnischen Anlagen der Flüssig-Flüssig-Stoffübertragung kommt es an der Phasengrenze zwischen den nicht mischbaren Flüssigphasen häufig zur Ausbildung hydrodynamischer Instabilitäten. Sie sind mit komplexen Geschwindigkeitsfeldern in den Flüssigphasen, insbesondere in den grenzschichtnahen Regionen verbunden und führen zu einem starken Anstieg der pro Zeiteinheit übertragenen Stoffmenge. Die Lösung der Diffusionsgleichung reicht in diesem Fall zur Vorausberechnung des für Auslegungszwecke bedeutsamen Stoffdurchgangskoeffizienten nicht mehr aus. Chemische Reaktionen stellen Quellen oder Senken von Wärme und Stoff dar, die das Auftreten von Instabilitäten begünstigen und die mathematische Beschreibung zusätzlich erschweren. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden experimentelle und numerische Untersuchungen zum Flüssig-Flüssig-Stoffübergang in einem vertikalen Kapillarspalt durchgeführt. Reaktionsfreie Stoffübergänge und solche mit einer exothermen chemischen Reaktion an der Phasengrenze zeigten eine große Vielfalt von Konvektionsstrukturen, wie Rollzellen, Thermiken und das doppeldiffusive Fingerregime. Die Visualisierung der Transportvorgänge erfolgte durch das Schattenschlierenverfahren. Die Beobachtungen wurden hinsichtlich geometrischer Eigenschaften von Konvektionsstrukturen sowie deren zeitlicher Änderung ausgewertet. Dazu zählten insbesondere das Längenwachstum von Thermiken und horizontale Wellenlängen von Fingerstrukturen. Zur mathematischen Beschreibung der Phänomene im Kapillarspalt wurde ein Modell entwickelt, welches auf den gekoppelten, zweidimensionalen Transportgleichungen von Impuls, Wärme und Stoff beruht. Es berücksichtigt dichte- und grenzflächenspannungsgetriebene Instabilitätsmechanismen sowie die besonderen Durchströmungseigenschaften des Kapillarspalts. Die Phasengrenze wurde als eben angenommen. Die Lösung der Modellgleichungen erfolgt auf numerischem Wege durch ein Computerprogramm. Das Modell ist in der Lage, die beobachteten Instabilitätsphänomene qualitativ richtig wiederzugeben. Mit Hilfe von Simulationsrechnungen konnte der Mechanismus aufgeklärt werden, der zum schnelleren Rückgang des Stoffdurchgangskoeffizienten im Rollzellenregime der rein grenzflächenspannungsgetrieben Instabilität im Vergleich zum Vorgang mit überlagerter Dichtekonvektion führt. Des Weiteren gelang der Nachweis des doppeldiffusiven Fingerregimes beim Stoffübergang mit exothermer Grenzflächenreaktion. Die berechnete Erhöhung des Stoffdurchgangskoeffizienten stimmt mit Angaben in experimentellen Arbeiten anderer Autoren überein.
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Hanchak, Michael Stephen. "One Dimensional Model of Thermo-Capillary Driven Liquid Jet Break-up with Drop Merging." University of Dayton / OhioLINK, 2009. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=dayton1259769437.
Full text
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Barbet, Bruno. "Stimulations électrohydrodynamique et thermique de jets de liquide conducteur." Grenoble 1, 1997. http://www.theses.fr/1997GRE10062.
Full textAbstract:
Le travail presente une etude experimentale et theorique des stimulations electrohydrodynamique (ehd) et thermique. Ces stimulations produisent des perturbations qui sont amplifiees (instabilite capillaire) et menent a la brisure du jet a une distance bien definie de l'orifice et a la formation de gouttes calibrees. La stimulation ehd tire parti de la pression electrostatique sur le jet de liquide conducteur induite par un potentiel variable applique sur une electrode proche du jet. Avec plusieurs electrodes, l'efficacite de la stimulation est renforcee lorsqu'il y a synchronisation des effets exerces par chaque electrode mais est diminuee en regime de desynchronisation. Avec un signal sinusoidal simple, la brisure genere une goutte et un satellite. La forme du jet est modifiee en imposant un signal d'excitation plus complexe compose de deux modes (le fondamental et un harmonique 2). Les divers profils de brisure ont ete identifies et repertories en fonction du rapport de l'amplitude et du dephasage relatifs des deux modes. En particulier, les conditions de brisure sans satellite sont bien delimitees. Un autre type de stimulation ehd, intermittent, qui consiste a former une goutte isolee dans un jet continu en appliquant un creneau de tension asynchrone est aussi examine en detail. L'excitation thermique consiste a moduler la temperature et donc les proprietes du liquide. Une etude experimentale approfondie est presentee pour la stimulation thermique externe ou un faisceau laser d'intensite variable parfaitement controlee est focalise a la surface du jet. L'energie lumineuse absorbee induit une modulation de la tension superficielle. Il ressort que cette stimulation est equivalente a la stimulation ehd et permet de controler de facon analogue la forme du jet. De plus, il est montre que l'origine de la stimulation est l'effet marangoni (forces de surface tangentielles a l'interface). Enfin, une etude preliminaire de la stimulation thermique interne (chauffage du liquide a l'interieur du canal de buse par une resistance electrique) indique que l'on peut aussi stimuler le jet, ce qui ouvre des perspectives scientifiques et techniques.
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Prasser, H. M., and Alexander Grahn. "Dissipative Strukturbildung bei exothermen Grenzflächenreaktionen." Forschungszentrum Dresden, 2010. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:d120-qucosa-30085.
Full textAbstract:
Der Bericht beschäftigt sich mit spontaner Grenzflächenkonvektion und -turbulenz beim Stoff- und Wärmeübergang an fluiden Phasengrenzen zwischen zwei nicht mischbaren Phasen. Solche Effekte sind von großer industrieller Bedeutung, da die erzielten Stoffübergangsraten um ein Vielfaches über den bei gewöhnlicher Diffusion auftretenden liegen. Zwei unterschiedliche Mechanismen sind der "Motor" für die Instabilitäten: Marangoni-Instabilität: Die Grenzflächenspannung ist eine Funktion der Temperatur und der Grenzflächenkonzentration des ausgetauschten Stoffes. Schwankungen der Temperatur und der Konzentration entlang der Phasengrenze führen folglich zu Grenzflächenspannungsgradienten. Grenzflächenspannungsgetriebene Instabilitäten äußern sich durch rollenförmige oder polygonale Konvektionszellen, Eruptionen oder Turbulenz an der Phasengrenze. Schwerkraftgetriebene Instabilität: Die Dichte ist ebenfalls eine Funktion der Temperatur und der Konzentration des gelösten Stoffes. Der Transport eines Stoffes über eine fluide Phasengrenze verändert die Zusammensetzung und die Dichte der angrenzenden Flüssigkeitsschichten, sodass instabile Dichteschichtungen auftreten können. Temperaturgradienten entstehen dabei durch Freisetzung von Reaktions- und/oder Lösungsenthalpie. Auftriebsbewegungen haben die Form von Thermiken (engl. plumes, thermals). Die Phänomene der Grenzflächenkonvektion werden in einer vertikalen Kapillarspaltgeometrie untersucht. Neben Stoffsystemen mit reaktivem Stoffübergang (Neutralisation von Karbonsäuren, Hydrolyse und Veresterung von Alkanoylhloriden) kamen auch solche mit reaktionsfreiem Stoffübergang (Karbonsäuren, Tensid) zur Anwendung. Die instabile Dichteschichtung, die durch den Konzentrationsgradienten infolge der Stoffdiffusion erzeugt wird, führt zu Auftriebskonvektion in Form von Thermiken. Die Anwesenheit einer exothermen Reaktion bewirkt eine Vergrößerung des Längenwachstums der Thermiken in der oberen Phase durch Aufprägung eines zusätzlich destabilisierenden Temperaturgradienten. In der unteren Phase kommt es dagegen zum Entstehen des doppeldiffusiven Fingerregimes bei Überlagerung des destabilisierenden Konzentrationsgradienten durch den stabilisierenden Temperaturgradienten. Beim Übergang eines Tensids konnten die für diese Stoffklasse charakteristischen Rollzellen, die durch Grenzflächenspannungsgradienten angetrieben werden, beobachtet werden. Diese Konvektionsstrukturen bleiben auf einen schmalen Bereich ober- und unterhalb der Phasengrenze beschränkt. Die Transportgleichungen für Impuls, Stoff und Wärme wurden in ihrer 2-dimensionalen Form in einen Rechenkode umgesetzt und der Übergang einer einzelnen Komponente simuliert. Die hydrodynamischen Bedingungen an der Phasengrenze wurden so formuliert, dass lokale Änderungen der Zusammensetzung und der Temperatur zu Grenzflächenspannungsgradienten führen und die Phasengrenze damit dem Marangonieffekt unterliegt. Die Stoffeigenschaften wurden mit Ausnahme der Dichte im Volumenkraftterm der Impulsgleichung als konstant angenommen, sodass dichtegetriebene Konvektionen simuliert werden können. Die verschiedenen Konvektionsformen werden durch die Simulation qualitativ gut wiedergegeben. Bei Marangonikonvektion kommt es zu einer Verschiebung des steilen Konzentrationsgradienten von der Phasengrenze in die Kerne der Phasen, was zum schnellen Absterben der Marangonikonvektion führt. Die Wiedergabe des Längenwachstums der Thermiken durch Simulation eines realen Stoffsystems ist zufriedenstellend. Ebenso gibt die Simulation eine realistische Abschätzung zu erwartender Stoffströme bei Anwesenheit hydrodynamischer Instabilitäten. Größere Abweichungen zwischen Simulation und Experiment sind jedoch bei der horizontalen Größenskala der Fingerstruktur festzustellen, die wahrscheinlich auf die Boussinesq-Approximation zurückzuführen sind.
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Prasser, H. M., and Alexander Grahn. "Dissipative Strukturbildung bei exothermen Grenzflächenreaktionen." Forschungszentrum Rossendorf, 2000. https://hzdr.qucosa.de/id/qucosa%3A21835.
Full textAbstract:
Der Bericht beschäftigt sich mit spontaner Grenzflächenkonvektion und -turbulenz beim Stoff- und Wärmeübergang an fluiden Phasengrenzen zwischen zwei nicht mischbaren Phasen. Solche Effekte sind von großer industrieller Bedeutung, da die erzielten Stoffübergangsraten um ein Vielfaches über den bei gewöhnlicher Diffusion auftretenden liegen. Zwei unterschiedliche Mechanismen sind der "Motor" für die Instabilitäten: Marangoni-Instabilität: Die Grenzflächenspannung ist eine Funktion der Temperatur und der Grenzflächenkonzentration des ausgetauschten Stoffes. Schwankungen der Temperatur und der Konzentration entlang der Phasengrenze führen folglich zu Grenzflächenspannungsgradienten. Grenzflächenspannungsgetriebene Instabilitäten äußern sich durch rollenförmige oder polygonale Konvektionszellen, Eruptionen oder Turbulenz an der Phasengrenze. Schwerkraftgetriebene Instabilität: Die Dichte ist ebenfalls eine Funktion der Temperatur und der Konzentration des gelösten Stoffes. Der Transport eines Stoffes über eine fluide Phasengrenze verändert die Zusammensetzung und die Dichte der angrenzenden Flüssigkeitsschichten, sodass instabile Dichteschichtungen auftreten können. Temperaturgradienten entstehen dabei durch Freisetzung von Reaktions- und/oder Lösungsenthalpie. Auftriebsbewegungen haben die Form von Thermiken (engl. plumes, thermals). Die Phänomene der Grenzflächenkonvektion werden in einer vertikalen Kapillarspaltgeometrie untersucht. Neben Stoffsystemen mit reaktivem Stoffübergang (Neutralisation von Karbonsäuren, Hydrolyse und Veresterung von Alkanoylhloriden) kamen auch solche mit reaktionsfreiem Stoffübergang (Karbonsäuren, Tensid) zur Anwendung. Die instabile Dichteschichtung, die durch den Konzentrationsgradienten infolge der Stoffdiffusion erzeugt wird, führt zu Auftriebskonvektion in Form von Thermiken. Die Anwesenheit einer exothermen Reaktion bewirkt eine Vergrößerung des Längenwachstums der Thermiken in der oberen Phase durch Aufprägung eines zusätzlich destabilisierenden Temperaturgradienten. In der unteren Phase kommt es dagegen zum Entstehen des doppeldiffusiven Fingerregimes bei Überlagerung des destabilisierenden Konzentrationsgradienten durch den stabilisierenden Temperaturgradienten. Beim Übergang eines Tensids konnten die für diese Stoffklasse charakteristischen Rollzellen, die durch Grenzflächenspannungsgradienten angetrieben werden, beobachtet werden. Diese Konvektionsstrukturen bleiben auf einen schmalen Bereich ober- und unterhalb der Phasengrenze beschränkt. Die Transportgleichungen für Impuls, Stoff und Wärme wurden in ihrer 2-dimensionalen Form in einen Rechenkode umgesetzt und der Übergang einer einzelnen Komponente simuliert. Die hydrodynamischen Bedingungen an der Phasengrenze wurden so formuliert, dass lokale Änderungen der Zusammensetzung und der Temperatur zu Grenzflächenspannungsgradienten führen und die Phasengrenze damit dem Marangonieffekt unterliegt. Die Stoffeigenschaften wurden mit Ausnahme der Dichte im Volumenkraftterm der Impulsgleichung als konstant angenommen, sodass dichtegetriebene Konvektionen simuliert werden können. Die verschiedenen Konvektionsformen werden durch die Simulation qualitativ gut wiedergegeben. Bei Marangonikonvektion kommt es zu einer Verschiebung des steilen Konzentrationsgradienten von der Phasengrenze in die Kerne der Phasen, was zum schnellen Absterben der Marangonikonvektion führt. Die Wiedergabe des Längenwachstums der Thermiken durch Simulation eines realen Stoffsystems ist zufriedenstellend. Ebenso gibt die Simulation eine realistische Abschätzung zu erwartender Stoffströme bei Anwesenheit hydrodynamischer Instabilitäten. Größere Abweichungen zwischen Simulation und Experiment sind jedoch bei der horizontalen Größenskala der Fingerstruktur festzustellen, die wahrscheinlich auf die Boussinesq-Approximation zurückzuführen sind.
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Robert, De Saint Vincent Matthieu. "Écoulements microfluidiques pilotés sans contact par une onde laser." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00532632.
Full textAbstract:
L'effet thermocapillaire (ou Marangoni) est la résultante mécanique d'un gradient de tension interfaciale induit par la présence d'un gradient de température sur une interface fluide. Il se manifeste par (i) la migration d'un objet fini (goutte, bulle) immergé, et (ii) une déflexion de l'interface. Sa nature interfaciale le rend particulièrement pertinent à petite échelle, notamment en microfluidique diphasique. Ce travail de thèse montre comment un effet thermocapillaire induit localement par chauffage laser peut être utilisé pour produire des composants optofluidiques élémentaires (vanne, aiguillage, échantillonneur), et en présente une étude quantitative. La déstabilisation d'un jet microfluidique forcée par laser, conduisant à sa rupture, est également présentée et caractérisée. Cette « boîte à outils » optique fournit ainsi une approche sans contact, pour produire et manipuler des gouttes en microfluidique digitale sans nécessité d'une microfabrication dédiée. Par ailleurs, afin de caractériser sur des temps longs les gouttes produites, et ainsi considérer des populations statistiquement significatives, un dispositif optoélectronique simple pour mesurer les gouttes et leur vitesse en temps réel a également été développé.
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Hennessy, Matthew Gregory. "Mathematical problems relating to the fabrication of organic photovoltaic devices." Thesis, University of Oxford, 2014. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:7753abec-bb6e-4d8a-aa5b-b527c5beb49b.
Full textAbstract:
The photoactive component of a polymeric organic solar cell can be produced by drying a mixture consisting of a volatile solvent and non-volatile polymers. As the solvent evaporates, the polymers demix and self-assemble into microscale structures, the morphology of which plays a pivotal role in determining the efficiency of the resulting device. Thus, a detailed understanding of the physical mechanisms that drive and influence structure formation in evaporating solvent-polymer mixtures is of high scientific and industrial value. This thesis explores several problems that aim to produce novel insights into the dynamics of evaporating solvent-polymer mixtures. First, the role of compositional Marangoni instabilities in slowly evaporating binary mixtures is studied using the framework of linear stability theory. The analysis is non-trivial because evaporative mass loss naturally leads to a time-dependent base state. In the limit of slow evaporation compared to diffusion, a separation of time scales emerges in the linear stability problem, allowing asymptotic methods to be applied. In particular, an asymptotic solution to linear stability problems that have slowly evolving base states is derived. Using this solution, regions of parameter space where an oscillatory instability occurs are identified and used to formulate appropriate conditions for observing this phenomenon in future experiments. The second topic of this thesis is the use of multiphase fluid models to study the dynamics of evaporating solvent-polymer mixtures. A two-phase model is used to assess the role of compositional buoyancy and to examine the formation of a polymer-rich skin at the free surface. Then, a three-phase model is used to conduct a preliminary investigation of the link between evaporation and phase separation. Finally, this thesis explores the dynamics of a binary mixture that is confined between two horizontal walls using a diffusive phase-field model and its sharp-interface and thin-film approximations. We first determine the conditions under which a homogeneous mixture undergoes phase separation to form a metastable bilayer. We then present a novel mechanism for generating a repeating lateral sequence of alternating A-rich and B-rich domains from this bilayer.
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Chouman, Khalil. "Stimulations thermiques internes d'un jet d'encre conductrice." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2001. http://www.theses.fr/2001GRE10003.
Full textAbstract:
La stimulation thermique interne d'un jet d'encre conductrice consiste a moduler la temperature d'une partie du liquide a l'interieur du canal de la buse. La perturbation ainsi creee est amplifiee sous l'effet de la tension superficielle et le jet finit par se briser en gouttelettes. Deux variantes de la stimulation thermique interne sont etudiees : la stimulation parietale ou la modulation de temperature est introduite par une resistance electrique placee sur l'une des faces du canal et la stimulation volumique ou la modulation se fait par effet joule (passage d'un courant electrique a travers l'encre entre deux electrodes). Une modelisation simplifiee du probleme permet de conclure que l'effet de la dilatation de l'encre est negligeable devant l'effet de la modulation de sa viscosite. Les stimulations thermiques internes permettent de stabiliser la longueur de brisure et d'obtenir des gouttes bien calibrees. L'etude experimentale montre que l'intensite de la stimulation est superieure aux predictions du modele de perte de charge visqueuse. Elle montre en outre que cette intensite est de l'ordre de 10 3. Cette etude revele aussi que la longueur du canal en amont de la zone de stimulation ne joue aucun role alors que la stimulation est sensible a la longueur aval. L'etude des divers parametres du probleme ainsi que l'introduction d'un reservoir d'homogeneisation montrent que la stimulation thermique a deux effets : l'un interne au canal et l'autre se manifestant a la sortie. Une discussion generale suggere que le deuxieme mecanisme pourrait etre soit l'effet marangoni soit une modulation de l'angle de contact.
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HA, VAI-MENG, and 夏煒銘. "The Analysis of Marangoni Instability of Evaporating Liquid." Thesis, 1998. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/66866678679170401387.
Full textAbstract:
博士國立臺灣大學
機械工程學系研究所
86
Evaporation of liquid is an unsteady process of heat and mass transports. As time proceeds and evaporation continues, the evaporation rate and the temperature distribution in the liquid phase vary continuously. It is the temperature reduction near the free surface the driving potential for the onset of Marangoni instability of an evaporating liquid. The purpose of this study is to investigate theoretically the onset and physical mechanism of Marangoni instability of an evaporating liquid. A two-dimensional liquid layer and a spherical droplet are analyzed and discussed. By assuming the surface regression of the liquid layer is negligibly small and the surrounding gas motion is asymptotically steady, similarity solutions are obtained prior to the onset of instability. Linear stability analysis is then applied, with respect to the temperature distributions of the liquid layer at certain specified instants, to obtain the critical Marangoni number for the onset of instability. The results indicate that the onset condition is a strong function of the initial temperature of the liquid layer. For a liquid layer with a non-deformable free surface, the critical Marangoni number of the stationary instability decreases with the increase of the initial temperature of the liquid layer. The critical wave number at the mean time shifts from a low wave number to a high wave number. As time proceeds and evaporation continues, the thermal boundary layer thickness near the free surface becomes larger and the liquid layer becomes more unstable. Moreover, the liquid layer with a lower boiling point tends to be more unstable and possesses a larger value of critical wave number. No oscillatory instability is found in the parametric ranges under investigation. For a liquid layer with a deformable free surface, the surface deflection is, in general, a destabilizing factor and the critical Marangoni number decreases as the Crispation number, increases. There still exists no oscillatory instability in the parametric ranges of interest. The onset, mechanism, and modes of Marangoni instability of an evaporating droplet are also investigated systematically. With the quasi-steady approximation which assumes that the size change of the droplet is negligible, the surrounding gas motion is asymptotically steady, and the temperature distribution of the droplet is temporarily frozen at each specified instant, the sufficient onset condition for Marangoni instability is obtained through the linear stability analysis. The results reveal that, for a non-deformable droplet, both the critical Marangoni number and wave number increase with the initial temperature. As time proceeds and evaporation continues, the temperature reduction near the free surface increases. As a result, the critical Marangoni number decreases and the system becomes more unstable. No oscillatory instability is found within the parametric ranges of interest. For a droplet with a deformable free surface, the stationary instability is still the preferred mode of instability. However, for liquids with a small Prandtl number, the oscillatory instability may become the preferred mode. Generally, surface deformation is a destabilizing factor.
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Schwarzenberger, Karin. "Experimentelle Untersuchungen zur Strukturbildung unter stationärer solutaler Marangoni-Instabilität." Doctoral thesis, 2015. https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A29162.
Full textAbstract:
Beim Stoffübergang einer grenzflächenaktiven Substanz in einem flüssigen Zweiphasensystem kann solutale Marangoni-Instabilität einsetzen. Die weitere nichtlineare Entwicklung der Marangoni-Instabilität geht mit einer enormen Vielfalt von Strömungsmustern einher. In der Literatur wird dieser Aspekt häufig unter dem unscharfen Ausdruck „Grenzflächenturbulenz“ zusammengefasst.
Diese Arbeit stellt heraus, dass drei grundlegende Strukturformen existieren: Rollzellen, Relaxationsoszillationen und Relaxationsoszillationswellen. Ein großer Teil der Komplexität der Strömungsmuster ist dadurch begründet, dass die Grundstrukturen unterschiedliche Hierarchieebenen aufweisen. Es werden die zugrunde liegenden Bedingungen für das Auftreten der jeweiligen Strukturtypen, ihre transiente Natur und die Bildung der hierarchischen Strömungsmuster untersucht. Des Weiteren betrachtet diese Arbeit die Wechselwirkungen mit Dichteeffekten, die sowohl die Charakteristik der Strukturen als auch ihre zeitliche Entwicklung beeinflussen.
44
Chiang, Ko-Ta, and 江可達. "Instability analysis of B\''enard-Marangoni convection in a fluid layer." Thesis, 1996. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/67841722644289338919.
Full text
45
Chao, Shu-Yi, and 趙書頤. "The Analysis of Marangoni Instability of an Evaporating Droplet by Amplification Method." Thesis, 2001. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/48615104224910554631.
Full textAbstract:
碩士國立臺灣大學
機械工程學研究所
89
When a volatile liquid is exposed to the atmosphere, it evaporates if the liquid vapor is unsaturated. As the evaporation proceeds, it will cool the liquid down and results in a nonlinear temperature profile in the interior of the liquid and a thermal boundary layer near the free surface. It is this thermal boundary layer the driving potential for the onset of Marangoni instability. The purpose of this study is to investigate theoretically the onset and the physical mechanism of Marangoni instability of an evaporating droplet. The amplification method with linear stability theory is used for analysis. By defining an appropriate criterion, the onset of Marangoni instability can be determined. The effects of Ma, Cr, and initial temperature are then investigated. Situations with a deformable and undeformable free surface are both studied. The results indicate that the deformability of the free surface does not affect significantly the onset of Marangoni instability and the stationary mode is eventually the existing one. With a higher Ma, the onset time becomes smaller and the instability occurs earlier, which implies the droplet is more unstable. Meantime, the critical wave number increases and the corresponding cellular flow pattern near the free surface becomes shallower. Moreover, the droplet becomes more stable with a higher initial temperature. According to the calculations, for initial temperature 293K, 313K, 333K, and 353K, the corresponding critical Marangoni number are 210, 240, 320, 460. The linear energy-balance relation is finally employed to illustrate the physical mechanism for the onset of Marangoni instability of an evaporating droplet.
46
Chen, Chiun-Chieh, and 陳俊傑. "Benard-Marangoni Instabilities in a Variable-Viscosity Fluid Layer with and without Rotation." Thesis, 1998. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/47815301902303915640.
Full textAbstract:
博士國立中興大學
應用數學系
86
In this dissertation, both stationary and oscillatory modes of the Benard-Marangoni instabilities in a variable-viscosity fluid layer with andwithout rotation are studied by means of linear stability analysis.We consider a layer of a liquid of mean thickness d, standing upon a heatinghorizontal plate of infinite extent. The dependency of viscosity and surfacetension of the fluid on temperature are assumed exponential and linearrespectively.The upper deformable surface of the liquid is open to the atmosphere, whilethe lower boundary is in contact with a solid wall. The linearized perturbation equations are solved by using the shooting method to obtain theeigenvalues that governs the onset of Benard-Marangoni convection.The asymptotic solutions of long wavelength are achieved and very well comparedwith the numerical ones and might be reduced to the case with constant viscosity.In present study, for C=0 and Ta=0, the possibility of existence of oscillatorymode is not found, whether the viscosity varies or not. The regions forexistence of overstability and the dependence of the critical Rayleigh numberRc and Marangoni number Mc on the various physical parameters are investigated.The numerical results show that the onset of both stationary and oscillatoryconvection in a variable-viscosity fluid layer with rotation will possiblyexhibit the formation of a sublayer.
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Liou, May-Phone, and 劉玫灃. "Boundary Effect On the Onset of Benard-Marangoni Convective Instability in a Rotating System." Thesis, 1996. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/40345960981889947797.
Full text
48
Yang, Cheng-Hsien, and 楊政憲. "Onset of B'enard-Marangoni Convective Instability of Arrhenius Fluid in a Fluid-Solid System under Coriolis Force." Thesis, 1998. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/12540953655412236260.
Full textAbstract:
碩士逢甲大學
應用數學研究所
86
Linear stability analysis of the B'enard-Marangoni problem in a horizontal fluid layer, subject to a rotation, overlying a solid layer is considered. The lower boundary is subject to a fixed heat flux, while the free upper surface is non-deformable andis fixed with a general thermal condition. The principle of exchange of stability and Boussinesq's approximation are taken for granted. The characte^*7Nic problem is solved numerically by using the Runge-Kutta-Gill's shooting method. The thickness ratio dr, conductivity ratio kr, Biot number Bi and Taylor number Ta are important on determining the critical Rayleigh number Rc or Marangoni number Mc with the corresponding critical wavenumber ac.The numerical results show the system is more stabilizing at larger value of the thickness ratio dr, conductivity ratio kr, Biot number Bi and Taylor number Ta. In particular, it is interesting to notice that, under suitable conditions, stationary convection can appear in two different modes one with a finite and another with an infinite wavelength.
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Hua, Chao Min, and 趙敏華. "Onset of Benard-Marangoni Convective instability in a Fluid-Solid System Subject to Rotation and Temperature-Dependent Viscosity." Thesis, 1999. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/99049208788965631963.
Full textAbstract:
碩士逢甲大學
應用數學系
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The onset of Benard-Marangoni convection for a fluid layer standing upto a solid plate in a rotating in considered. The upper surface for the liquid layer is supposed to be free and non-deformable which is subjected to a general thermal condition and the lower boundary is rigid with constant heat flux. The interface between the liquid layer and solid plate is assumed to be a no-slip boundary condition. The viscosity is strongly affected by the temperature and we may postulate the viscosity is a exponential function of temperature.