Dans de nombreuses applications industrielles, il est nécessaire d’effectuer la séparation ou le mélange efficace d’une phase fluide dispersée dans un fluide continu. Par exemple, dans l’industrie chimique, le processus de mélange dans les réacteurs à lit est souvent requis. De plus, sur les sites d’extraction pétrolière,
les séparateurs d’huile et d’eau dépendent de l’élimination efficace des gouttes d’huile finement dispersées des eaux usées. Plusieurs autres applications peuvent être évoquées dans divers domaines tels que le génie environnemental, les procédures biomédicales, pour n’en citer que quelques-unes. Une compréhension
complète des phénomènes physiques en jeu et la prédiction précise d’un système multiphasique et multiphysique complexe sont alors nécessaires pour optimiser entièrement les paramètres du système. Dans ce projet, l’accent est mis sur la séparation et le mélange basés sur des traitements thermiques et électriques.
En considérant le cas d’une seule goutte sans charge nette, suspendue dans un fluide continu de même densité mais avec des propriétés électriques différentes, aucune force hydrodynamique n’est présente car les effets de la flottabilité sont négligeables. Cependant, si un champ électrique est appliqué, il agira sur les charges libres accumulées à l’interface de la goutte. En raison des conductivités électriques et des permittivités différentes des fluides, des contraintes électriques seront générées, entraînant des écoulements électrohydrodynamiques.
La première solution analytique pour ce phénomène a été introduite en 1966 par Taylor & Melcher (voir l’article référencé). En considérant un comportement diélectrique fuyant pour les fluides, une solution du champ de vitesse autour et à l’intérieur de la goutte a été obtenue. De plus, une expression analytique de la déformation de la forme de la goutte a été formulée. Bien que la prédiction analytique de la forme de la goutte ait été largement validée expérimentalement, il existe une lacune en ce qui concerne les mesures du champ de vitesse autour et à l’intérieur de la goutte. La connaissance de ces mesures est cruciale pour la compréhension des applications mentionnées précédemment.
Ce projet est consacré à l’étude expérimentale des écoulements électrohydrodynamiques autour d’une seule goutte, sous l’effet d’un champ électrique externe. À l’aide de la technique de vélocimétrie par imagerie de particules (PIV), les mesures suivantes seront effectuées : (i) champ de vitesse autour et à l’intérieur de la goutte au plan de symétrie et (ii) reconstruction tridimensionnelle de l’ensemble du champ de vitesse autour de la goutte. Des techniques spéciales de traitement d’images seront employées pour obtenir des mesures précises avec et sans champ électrique à proximité de l’interface présentant une forme complexe.
ne configuration expérimentale est déjà mise en place au CORIA dédiée à ce sujet, et une base de données expérimentales est déjà disponible. Ainsi, le stagiaire sera principalement dédié au traitement des données et à l’analyse d’images. De plus, des expériences seront également réalisées sous la supervision des encadrants afin d’obtenir une meilleure compréhension de la physique du phénomène.
[1] M. S. Shadloo, A. Rahmat, M. Yildiz, A smoothed particle hydrodynamics study on the electrohydrodynamic deformation of a droplet suspended in a neutrally buoyant newtonian fluid, Journal of Computational Mechanics 52 (2013) 693–707. doi:10.1007/s00466-013-0841-z.
[2] G. I. Taylor, A. D. McEwan, L. N. J. de Jong, Studies in electrohydrodynamics. i. the circulation produced in a drop by an electric field, Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences 291 (1425) (1966) 159–166. doi:10.1098/rspa.1966.0086.
[3] J. R. Melcher, G. I. Taylor, Electrohydrodynamics: A review of the role of interfacial shear stresses, Annual Review of Fluid Mechanics 1 (1) (1969) 111–146. doi:10.1146/annurev.fl.01.010169. 000551.
[4] D. A. Saville, Electrohydrodynamics: The taylor-melcher leaky dielectric model, Annual Review of Fluid Mechanics 29 (1) (1997) 27–64. doi:10.1146/annurev.fluid.29.1.27.