Dynamique de particules en milieu non-newtonien

Abstract

Une vaste étude expérimentale a été menée sur la vitesse terminale de chute libre de particules rigides de diverses géometries telles que des barres prismatiques, des cylindres, des sphères, des disques et des débris de pierre dans différents type de fluides présentant des caractères rhéologiques différents: newtoniens, pseudoplastiques, viscoélastiques et de type Boger. On démontre que l'utilisation d'un facteur de forme et d'un nombre de Reynolds généralisé basé sur le modèle rhéologique de Carreau à trois paramètres permet de représenter toutes les mesures sur une courbe maîtresse du coefficient de friction en fonction du nombre de Reynolds. L'étude porte sur plus de 400 points avec une erreur maximale de 25%. Par la suite, le même type d'étude a été effectué pour des bulles d'air de volume entre 1 et 1000 $\rm\mu L$ dans des milieux avec et sans surfactants afin de déterminer l'effet d'impuretés sur la vitesse d'ascension en milieu infini. Deux modèles mathématiques sont utilisés pour représenter l'effet du surfactant sur la vitesse et le coefficient de friction en milieu pseudoplastique: le modèle de la calotte sphérique et le modèle de la distribution continue. Finalement, des discontinuités ont été mesurées dans les courbes vitesse-volume pour les bulles d'air se déplacant dans des fluides viscoélastiques. Ce phénomène semble provenir du rapport de force entre la variation de tension de surface et les effets élastiques à l'interface. Lorsque la force élastique domine sur la force de tension de surface, les conditions à l'interface liquide-gaz sont modifiées et le caractère de l'écoulement aussi. À partir d'une analyse dimensionnelle basée sur les paramètres importants ressortis de l'étude expérimentale, une relation est proposée afin de déterminer la possibilité d'une telle discontinuité, ainsi que la valeur du volume auquel elle se produira en fonction des propriétés physiques du fluide. [Symboles non congormes]