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Thèse - Allemagne

Jan Domurath obtient le grade de docteurJan Domurath a obtenu le grade de docteur, en « Sciences pour l’Ingénieur » le 18 décembre 2017 en Allemagne à Dresde. Il présentait ses travaux intitulés : « L'amplification du stress et de la déformation dans des fluides non newtoniens remplis de particules sphériques et anisométriques ».

Résumé

Une étude numérique sur des suspensions diluées à base d'un fluide non newtonien et de particules sphéroïdales rigides est réalisée. Le comportement de la matrice est décrit par un fluide de type Carreau.

De particules sphériques et rigides est considéré en premier. Un écoulement en élongation uniaxiale autour d'une sphère est simulée. Ensuite, l'homogénéisation numérique est utilisée pour déterminer la viscosité apparente de la suspension pour différents taux de déformation et d’indices pseudoplastiques. Dans le domaine newtonien, le résultat d’Einstein donnant la viscosité d’une suspension diluée de particules sphériques et rigides est obtenu. Dans le régime en loi de puissance on constate que la viscosité intrinsèque dépend uniquement de l’indice pseudoplastique.

Une autre étude numérique est effectuée pour investiguer l'influence de la forme des particules. Plusieurs écoulements autour d’une particule sphéroïdale sont simulés pour différentes orientations. Une homogénéisation numérique est ensuite utilisée pour obtenir la viscosité intrinsèque de la suspension en fonction du taux de déformation appliqué, de l’indice d’écoulement et du rapport de forme de la particule. À partir de ces résultats, il est possible d'exprimer les coefficients rhéologiques du modèle de Lipscomb. Dans le régime newtonien, les résultats coïncident avec les prédictions de Lipscomb. Dans le domaine en loi de puissance, les coefficients rhéologiques deviennent fortement dépendant de l’indice pseudoplastique.  En outre, les résultats des simulations montrent que ces coefficients rhéologiques dépendent également de l'orientation des particules dans le régime non linéaire.

 

Abstract

Stress and strain amplification in non-Newtonian fluids filled with spherical and anisometric particles

A numerical study of dilute suspensions based on a non-Newtonian matrix fluid and rigid spheroidal particles is performed. A Carreau fluid describes the non-Newtonian matrix.

The special case of rigid spherical particles is considered. Here, a uniaxial elongational flow around a sphere is simulated and numerical homogenization is used to obtain the bulk viscosity of the dilute suspension for different applied rates of deformation and different thinning exponents. In the Newtonian regime the well-known Einstein result for the viscosity of a dilute suspension of rigid spherical particles is obtained. In the power-law regime it is found that the intrinsic viscosity depends only on the thinning exponent. Utilizing the simulation results a modification of the Carreau model for dilute suspensions with a non-Newtonian matrix fluid is proposed.

To investigate the influence of the particle shape another numerical study is performed. In particular, different flows around spheroidal particles with different orientations are simulated and numerical homogenization is used to obtain the intrinsic viscosity of the suspension as function of applied rate of deformation, thinning exponent and aspect ratio. From the results it is possible to extract the rheological coefficients of the Lipscomb model. In the Newtonian regime the simulation results coincide with Lipscomb’s predictions. In the power-law regime the rheological coefficients depend strongly on the thinning exponent. Furthermore, simulation results indicate that the rheological coefficients additionally depend on the particle orientation in the non-linear regime.

 

Membres du jury

  • Prof. Maik GUDE, Technische  Universität Dresden
  • Prof. Gert HEINRICH, Tecnische Universität Dresden
  • Prof. Gilles AUSIAS, Université Bretagne Sud, IRDL
  • Prof. Tim A. OSSWALD, University of Wisconsin-Madison
  • Dr Marina GRENZER, Technische Universität Dresden
  • Dr Julien FÉREC, Université Bretagne Sud, IRDL
Université Bretagne Sud
  • Le campus de Lorient
    Le campus de Lorient27 rue Armand Guillemot
    CS 7030, 56321 LORIENT Cedex
  • Le campus de Pontivy
    Le campus de PontivyAllée des Pommiers
    56300 Pontivy
  • Le campus de Vannes
    Le campus de VannesRue André Lwoff
    CS 60573, 56017 VANNES Cedex