Dissertations / Theses on the topic 'Fragmentation des liquides'
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Néel, Baptiste. "Déstabilisation, rupture et fragmentation spontanées et stimulées de films liquides." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0578/document.
Abstract:
Placée sous le signe de la fragmentation liquide, cette thèse met l'emphase sur une série d'étapes pouvant, d'un film suspendu, mener à une assemblée de gouttes : déstabilisation, rupture puis fragmentation. Elle prend appui sur des expériences originales, analysées à l'aide de modèles à la portée générale. En guise de prologue, capillarité, cisaillement et viscosité sont discutées à travers l'étude de la déstabilisation Marangoni d'un filament d'huile visqueuse déposé à la surface de l'eau. La mise en mouvement du filament, pilotée par une différence de tensions de surface, produit une cascade critique auto-similaire, accélérée jusqu'à la dilution complète de l'huile, miscible à l'eau. Sur un film, l'effet Marangoni créé par un déficit localisé de tension de surface, dont le support (la température ou un soluté) diffuse, engendre sa déstabilisation, étudiée au deuxième chapitre. L'analyse linéaire exhibe une échelle de temps inertielle basée sur le cisaillement surfacique, sur laquelle s'établit un écoulement interstitiel, caractérisé expérimentalement. Le scénario introduit un nombre de Péclet, critère pour la rupture spontanée des films épais. Les conséquences sur la stabilité finale du film sont explorées au troisième chapitre, avec la revue des possibles régularisations. La dynamique de rupture est interprétée en termes de choc. Enfin, suivant la rupture d'un film en divers points, la collision de cylindres liquides est isolée en tant que mécanisme individuel de fragmentation. L'analyse détaillée de l'impact révèle la transition entre deux régimes, vers des gouttes de plus en plus finesThis thesis deals primarily with liquid films fragmentation. It consists, thanks to quantitative and original experiments, in the transformation of a free suspended film into a collection of droplets: destabilization, rupture, and fragmentation.In a prologue, notions of capillarity, momentum transfer and viscosity are introduced by the Marangoni-driven destabilization of a thin thread of viscous oil on water. The difference of surface tension feeds an accelerated, critical, self-similar cascade which ends up with the complete dilution of oil into water. When applied to a free film, the Marangoni effect driven by a localized deficit of surface tension, whose carrier (temperature or a solute) is diffusing into the liquid, destabilizes it (chapter two). The linear instability analysis points out the crucial role of an inertial timescale based on the surface shear stress. Experiments validate the prediction of an interstitial flow, which digs out the film in the case of a surface tension deficit. These observations offer new insights into a long-standing problem, namely the spontaneous nucleation of holes on planar liquid films.The third chapter investigates the consequences of the linear instability, as far as the film final stability is concerned, reviewing possible regularizations. The rupture dynamics is described within the framework of shocks. In the final chapter, the collision of liquid cylinders is identified as an individual mechanism for liquid fragmentation. The impact dynamics is analyzed, leading to two principal fragmentation regimes. The onset to the splashing one, which produces fine and fast droplets, is described
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Vu, Trung-Thanh. "Processus d'atomisation des nappes liquides turbulentes : analyse expérimentale et développements numériques." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMR053/document.
Abstract:
Le processus d’atomisation est important pour la performance des moteurs à combustion interne. Grâce à un injecteur, le carburant liquide est admis dans la chambre de combustion et se divise en gouttelettes. Plus petites les gouttes, plus rapide leurs évaporation et meilleur le mélange air-carburant. Une meilleure combustion pourrait être obtenue, avec faibles émissions polluantes. La qualité de l’atomisation est influencée principalement par la géométrie de l’injecteur et les conditions opératoires qui forment la structure de l’écoulement interne, la turbulence, le profil de vitesse à la sortie de l’injecteur, la cavitation, etc. Tous ces aspects sont déterminants pour la rupture de l’écoulement externe. Un autre paramètre clé pour optimiser le processus d’atomisation est les propriétés physiques des carburants. On pense, parmi autres, à la tension de surface dynamique contrôlée par la diffusion des surfactants sur l’interface liquide-gaz ou à la viscosité extensionnelle qui rend un liquide plus résistant à l’étirement, influençant donc la rupture. Les effets de la géométrie de l’injecteur, les conditions opératoires et les propriétés physiques des liquides sur l’atomisation sont inter-dépendents. Les analyses expérimentales nous aident à comprendre les mécanismes impliquant et leurs interactions. D’une part, elles sont utiles pour les simulations numériques qui devraient être réalisées suivant la configuration considérée. D’autre part, les critères quantitatifs pourraient être établis afin de valider les résultats numériques. En suivant cette méthodologie de recherche, nous souhaiterons étudier l’atomisation d’une nappe liquide turbulente produite par un injecteur triple-disque. Les mesures expérimentales fournissent les images de la nappe, utilisées comme l’entrée d’une approche multi-échelle. Nous étudions, grâce à la dernière, les comportements de la nappe, des ligaments qui apparaissent à ses bords et des gouttelettes. De plus, deux méthodes de frontières immergées sont développées pour résoudre en même temps l’écoulement interne et le processus d’atomisation. Nous réalisons deux applications, la première pour un jet liquide éjecté par un injecteur cylindrique et la deuxième pour une nappe plane produite par un injecteur triple-disqueLiquid fuel atomization is crucial for the performance of internal combustion engines. Through an injector, the liquid is delivered into the combustion chamber and breaks down into droplets. The finer the drops, the quicker their evaporation and the more proper their mixing with air. A proficient combustion could hence be expected, with low pollutant emissions. Atomization quality is primarily affected by the injector design and the operating conditions which shape the internal flow structure, the turbulence level, the velocity profile at the nozzle outlet, the cavitation and so forth. All these features are determinants of the breakup of the external liquid flow. Another key parameter to optimize the atomization process is the fuel physical properties. One can think of, among others, the dynamic surface tension controlled by the diffusion of the surfactants on the liquid-gas interface or the extensional viscosity which makes a liquid to become more resistant to the stretching, thereby affecting the breakup. Effects of the injector design, the operating conditions and the liquid properties on the atomization are inter-dependent. Analyses of experimental data help us to understand the involved mechanisms and their interactions. On the one hand, this is useful for the numerical developments which should be carried out depending upon the configuration. On the other hand, quantitative criterion could be established to validate the simulation results. Following the above research methodology, we aim to study the disintegration of planar turbulent liquid sheets produced by a triple-disk injector. Experimental measurements provide the sheet images, used as input for a multi-scale analysis. We investigate, thanks to the latter, the behaviours of the liquid sheet, the ligaments appearing on its edges and the resulting droplets. Moreover, two immersed boundary methods are developed, aiming to simultaneously solve the nozzle flow and the breakup process. We carry out two applications, the first one on a liquid jet ejected by a cylindrical nozzle and the other a planar sheet issuing from a triple-disk injector
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Zainoun, Najib. "Contrôle de la fragmentation des jets liquides issus d'un disque tournant." Paris, CNAM, 2005. http://www.theses.fr/2005CNAM0520.
Abstract:
Sur un nouveau générateur d'aérosols contrôlés, basé sur la fragmentation des jets issus d'un disue en rotation, que nous avons mis au point et automatisé, deux modèles ont été développés afin de déterminer la trajectoire des jets et les conditions exactes de leurs fragmentations. Le premier modèle détermine avec une bonne précision la trajectoire des jets grâce à l'introduction d'une loi empirique prédisant la force de traînée aérodynnamique. Le deuxiéme modèle, approchant le jet par une succession de tronçons cylindriques, permet de montrer que la perturbation qui se propage et s'amplifie le long du jet est une onde purement progressive avançant à une vitesse qui égale la somme de la vitesse de l'écoulement et la célérité des ondes dans un liquide au repos. Il est alors possible de prédire les distances de fragmentation d'un jet donne lieu à un aérosol monodisperse sans satellite et la taille des gouttes en fonction des propriétés physiques du liquide à disperser. L'étude a également montré que, dans le cas des disques lisse, les jets tournent plus lentement que le disque. Lorsque les disques présentant des dents régulièrement réparties à la périphérie, on observe, selon la taille relative des dents et des jets sur les dents. Cette perturbation constitue une source de vibration, qui contrôle la fragmentation de façon analogue à la mise en vibration du disque par une cellule piézoélectrique. Les mesures cinématiques et granulométriques ont été réalisées à l'aide de photographies de l'écoulement et granulomètre numérique spécifique présenté dans le documentOn a new generator of controlled aerosols, based on the fragmentation of the jets resulting from a disc in rotation, which we developed and automated, two models were developed and automated, two models were developed in order to determine the trajectory of the jets and the exact conditions of their break-up. The first model determines the trajectory of the jets with good precision thanks to the introduction of an ampirical law predicting the aerodynamic force of trail. The second model, approaching the jet by a succession of cylindrical sections, makes it possible to show that the disturbance which spreads and develops along the jet is a purely progressive wave advancing with a speed equal to the sum of the velocity of the flow and the celirity of capillary waves in a rest liquind. Thus, it is possible to predict the distances of natural and forced break-up, the most-unstable frequency, the zone in which the break-up of a jet induce an aerosol monodispersed without satellite and the size of the drops according to the physical properties of the liquid to be dispersed. The study also showed that, in the case of the smooth dics, the jets turn slower than the disc. When the dics present regularly distributed teeth at its periphery, we observe, according to the relative size of teeth and jets, or a periodic disturbance of the jets created by the jets crossing over the teeth. This disturbance constitutes a source of vibration, which controls the break-up in a similar way when starting the vibration of the disc by using a piezoelectric cell. The kinematics and granulometrics measurements were realised by using the photographs of the flow and a specific numerical granulometer presented in the document
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Hadj, Achour Miloud. "Fragmentation de métal liquide dans l'eau." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0215/document.
Abstract:
Le phénomène de dispersion/fragmentation du corium reste un des éléments les plus complexes et incertains de la modélisation d’un accident nucléaire. Afin de valider les modèles de sous-maille actuellement implémentés dans le logiciel MC3D (développé à l’IRSN), une expérimentation sans explosion de vapeur a été imaginée. Il s’agit d’un jet de métal liquide à bas point de fusion (métal de Field) interagissant avec de l’eau stagnante dans une cuve de large dimension. Cette thèse comporte deux volets ; le premier porte sur l’étude de la fragmentation dite secondaire d’une goutte isolée de métal de Field, à bas nombre de Weber. Dans ce but un dispositif expérimental GaLaD (générateur de goutte à la demande) a été conçu par nos soins. Cette partie a permis de faire une revue de littérature sur la fragmentation liquide-liquide, avec une comparaison quantitative de la fragmentation secondaire des gouttes uniques dans le cas liquide-liquide et dans le cas gaz-liquide. Le second volet concerne l’étude d’un jet de métal de Field, le dispositif GaLaD a pu être modifié de façon à pouvoir générer de petits jets de métal liquide dans l’eau. Les résultats obtenus ont permis une meilleure compréhension des phénomènes physiques mis en jeu avec un modèle d’entrainement diphasique pour modéliser le jet. Dans le cadre de cette thèse, un dispositif expérimental supplémentaire désigné par JaLaD est développé. Dans la suite, ce dispositif sera dédié à l’étude des jets dans l’eau et doit nous permettre de réinterpréter les données d’expériences classiques via de nouvelles mesures innovantesThe phenomenon of dispersion/fragmentation of corium remains one of the most complex and uncertain elements of nuclear accident modeling. In order to validate the sub-mesh models implemented in the MC3D software (developed by IRSN), an experiment without vapor explosion has been conceived. It consists of a low-melting liquid metal jet (Field metal) interacting with a stagnant water in a large tank. This thesis is divided into two parts ; the first one is related to the study of the so-called secondary fragmentation of an isolated drop of Field’s metal, for low Weber number. To this end, we designed an experimental device, GaLaD (drop-on-demand droplet generator). In this part, a literature review on liquid-liquid fragmentation is conducted with a quantitative comparison of the secondary fragmentation for a single drop in the liquid-liquid and the gas-liquid cases. The second part concerns the study of a jet of Field’s metal. For this purpose, GaLaD was modified, so as to be able to generate small jet of liquid metal in water. The obtained results allowed a better understanding of the physical phenomena involved in two-phase turbulent jet fragmentation. In the framework of this thesis, an additional experimental device designated by JaLaD is developed. Subsequently, this device will be dedicated to the study of metal jet in water and must allow us to reinterpret the data of classical experiments via new innovative measurement techniques
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Castrillon, Escobar Sebastian. "Instabilité et dispersion de jets de corium liquides : analyse des processus physiques et modélisation dans le logiciel MC3D." Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0102/document.
Abstract:
Lors d’un accident grave dans un réacteur nucléaire (REP ou REB en particulier), le combustible fondu (corium) peut se déverser dans le réfrigérant (eau). L’interaction entre les deux fluides est appelée Interaction Combustible-Réfrigérant. Sous certaines conditions, cette interaction peut conduire à une «explosion de vapeur» qui peut menacer le confinement du réacteur nucléaire. L’ICR est une interaction de caractère multiphasique complexe où divers phénomènes physiques interviennent de manières couplées. Elle débute par une phase de mélange entre les fluides (prémélange), se traduisant par la fragmentation du corium et sa dispersion dans le réfrigérant. Ce processus de fragmentation impacte les échanges thermiques (ébullition et mise en mouvement du fluide environnant (réfrigérant)) et les processus chimiques (oxydation du corium et génération d’hydrogène). Cette thèse apporte de nouveaux éléments concernant la compréhension physique et la modélisation du phénomène de fragmentation du corium, dont l’objectif principal est d’améliorer la modélisation dans le logiciel de thermohydraulique multiphasique MC3D, développé par l’IRSN. L’étude proposée se base sur l’hypothèse de la modélisation de la fragmentation comme un phénomène multi-échelle avec un découplage entre taux de fragmentation du jet et dimension des gouttes résultantes. Elle suppose un processus de fragmentation qui est le résultat d’une déstabilisation primaire (passage jet -> grosses gouttes) pilotée par les grandes échelles de l’écoulement et d’un processus de déstabilisation secondaire menant à une fragmentation finale dépendante des paramètres plus «locaux» de l’écoulement. Nous avons conjugué notre modélisation avec une méthode de type MUSIG récemment introduite dans le logiciel MC3D. Les gouttes de corium y sont représentées, via un découpage en classes, par plusieurs champs de masse et d’énergie avec des diamètres distincts. Malgré les avancées dans la modélisation de la fragmentation, la compréhension des mécanismes et la caractérisation de la fragmentation des gouttes liquides est encore très imparfaite, particulièrement dans le cas liquide/liquide. Le travail de thèse s’est alors orienté vers l’analyse de ce processus en utilisant le logiciel de simulation GERRIS. L’étude conduit à proposer une nouvelle carte de régimes de fragmentation en configuration liquide/liquide, une compréhension plus approfondie de la dynamique de fragmentation et une analyse sur l’interaction vortex-goutte pilotant la transition entre les régimesIn the case of a severe accident in a nuclear power plant, the molten core may flow into water and interact with it. The consequences of this fuel-coolant interaction (FCI) for the follow-up of the accident may be numerous so the phenomenon needs to be described accurately, one of them called “steam explosion” can lead to the failure of the nuclear reactor containment. FCI is a complex multiphase interaction involving several physical phenomena. The premixing phase of the interaction consists in the fragmentation and dispersion of corium in the coolant pool. This phase is driven by the fragmentation process which modifies heat transfers (coolant boiling dynamics) and chemical reactions (corium oxidation and hydrogen generation). This thesis brings new elements about the corium jet and droplet breakup with the main goal of improve fragmentation models on the MC3D multiphase code, developed by the IRSN. Our study is based on a multi-scale fragmentation process where the jet fragmentation rate and final droplet dimensions are not coupled themselves. We suppose a fragmentation process resulting from a primary instability (mass transfer within jet and big droplets) depending on the large flow scales and a secondary instability depending on the small flow scales (leading to final droplet breakup). This model has been implemented in MC3D in combination with the MUSIG method recently added to MC3D. In this method, droplets are represented using several classes, each of them with their own droplet diameter, mass and energy fields. Despite new improvements on modeling corium fragmentation, there is still a lack on the comprehension and characterization on the liquid droplet fragmentation, particularly on liquid/liquid configurations. In this thesis, we study in detail droplet breakup using the computational fluid dynamics software GERRIS. As a result, we find a new droplet breakup classification in liquid/liquid configurations, we improve the droplet breakup dynamics comprehension and we analyze the droplet-vortex interaction to determine breakup regime transition
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CHICHEPORTICHE, JEAN-MARC. "Etude de la fragmentation commandee des jets liquides issus d'un disque en rotation et realisation d'un generateur de gouttelettes monodispersees." Paris 6, 1993. http://www.theses.fr/1993PA066057.
Abstract:
Nous avons concu un generateur de gouttelettes supermicroniques fonde sur la methode du disque tournant grace auquel il est possible de disperser, a dimension de gouttelettes equivalente, une quantite de liquide par unite de temps incontestablement superieure a celle obtenue avec la technique classique de l'orifice vibrant. Pour parvenir a ce resultat, il est necessaire d'une part que le film liquide se desintegre au bord du disque sous la forme de petits jets liquides ou ligaments et, d'autre part, de creer une onde capillaire centree sur le disque se propageant du centre vers son bord. La perturbation alors transmise aux ligaments permet de controler la fragmentation de ceux-ci. Le systeme d'ondes naturellement present sur le ligament, qui conduit a la formation des gouttelettes, s'accorde alors avec la perturbation creee artificiellement. Selon les valeurs de la frequence et de l'amplitude de vibration excitant la surface du film liquide, il est possible de generer un nuage de gouttelettes presentant une population mono, bi ou tri-modale. Le ligament, qui est aussi une ligne d'emission, est approche par un modele d'ecoulement unidimensionnel dans le repere tournant lie au disque. La tension superficielle et les forces aerodynamiques sont ici prises en compte. Une comparaison avec la fragmentation des jets cylindriques montre des differences qui s'interpretent parfaitement lorsque l'on tient compte de l'evolution spatio-temporel du rayon des ligaments. En outre une etude de la cinematique des gouttelettes generees a partir des ligaments ainsi que la mesure de la granulometrie nous ont permis de mettre en evidence un coefficient inferieur a 1: quotient de la celerite des ondes capillaires presentes sur le ligament, sur la vitesse debitante
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Lhuissier, Henri. "Nappes, trous, ligaments et gouttes." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00600229.
Abstract:
Ce manuscrit aborde le problème de l'atomisation des films liquides à travers diverses expériences portant sur leur formation, déstabilisation et fragmentation. Une première partie identifie et décrit deux mécanismes de désintégration à l'œuvre lors de la rétractation d'un film de savon. Lorsque le film se détache sur une frontière, le bord de Plateau est entrainé et son accélération explique la déstabilisation. Lorsque le perçage a lieu au centre, le battement du film résultant de l'interaction avec l'atmosphère au repos conduit à sa fragmentation. Une second étude explique le plissement singulier de certaines cloches liquides par un ressaut hydraulique à interfaces libres assurant la transition d'un écoulement super-critique vis-à-vis des ondes capillaires à un écoulement sub-critique. La courbure marquée associée à cette transition impose au liquide une accélération centripète susceptible de déstabiliser la cloche en aval. La formation des embruns par l'intermédiaire de l'éclatement des bulles de surface est abordée dans une troisième partie. La géométrie des bulles, le mécanisme de drainage de leurs films et les événements de perçage sont étudiés afin de rendre compte de l'épaisseur de la bulle au début de l'éclatement. La dynamique ultérieure de fragmentation est détaillée conduisant à une caractérisation du spray produit. Une dernière partie étudie l'atomisation effervescente sur une expérience modèle : une nappe liquide plane ensemencée en fines bulles d'air favorisant la nucléation de trous. Sur la base de mesures des taux de nucléation et croissance des trous, un modèle statistique du réseau de ligaments liquides formés par la réunion des bourrelets ceinturant les trous permet un description du spray issu de la fragmentation du réseau.
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Kewalramani, Gagan Vikram. "Experimental and theoretical analysis of a turbulent two-phase jet." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0012.
Abstract:
L'objectif de la présente thèse est d'étudier les jets diphasiques liquide-liquide. Les caractéristiques d'un jet diphasique (distinct d'un jet monophasique) sont la fragmentation du fluide injecté et l'échange d'énergie entre les fluides. La mesure expérimentale de la dynamique des vitesses dans un jet diphasique est habituellement un défi du fait de leur opacité. Pour accéder optiquement à la dynamique d'un jet diphasique, un fluide transparent à indice de réfraction égal à celui de l'eau (appelé fluide Cargille) mais avec une densité environ deux fois plus élevée que l'eau est injecté dans le réservoir d'eau. En ajoutant un colorant fluorescent au fluide transparent et un ensemencement par des particules, la dynamique du fluide est accessible optiquement lorsqu'il est éclairé par un laser. Une procédure pour obtenir des informations sur la dynamique des gouttes et sa relation avec la vitesse du fluide porteur à l'aide d'images acquises à grande vitesse est détaillée dans cette thèse. Pour étudier les jets diphasiques, deux montages expérimentaux (i) JaLaD et (ii) JeDi sont développés. Les travaux de cette thèse peuvent être classés en plusieurs parties qui sont expliquées comme suit. Partie-I : Analyse PTV : l'algorithme de Particle Tracking Velocimetry (PTV) Track est utilisé sur les expériences JaLad. Avec le logiciel de PTV Track, les trajectoires lagrangiennes du liquide fragmenté sont analysées. Une procédure de détection de la fragmentation primaire, des fragmentations secondaires et des collisions a été développé. La méthodologie de la détection de la fragmentation et des collisions est également vérifiée avec des images générées synthétiquement. Partie II : Analyse du jet monophasique : Avant d'aborder la mesure d'un jet diphasique, les jets monophasiques sont étudiés sur les expériences JeDi. Les contraintes turbulentes de Reynolds sont développées pour obtenir une expression mathématique de la dissipation de l'énergie cinétique turbulente et sa dissipation. Partie III : Mesure et analyse simultanées PTV-PIV : dans les expériences JeDi, une mesure simultanée des deux fluides est effectuée. Les méthodes de flux optique et de vélocimétrie par image de particules (PIV) sont utilisés pour mesurer les caractéristiques de la phase dispersée (Cargille) et du fluide porteur (eau) respectivement. Pour cette partie de la thèse, un laser de 527 nm et deux caméras sont utilisées. La caméra 1 avec un filtre passe-haut (λ > 530 nm) et caméra 2 avec un filtre passe-bas (λ < 530 nm) sont synchronisées avec le laser. Les deux systèmes enregistrer des images au même instant dans le temps et visualisent le même plan. Avec cet arrangement, la caméra 1 enregistre uniquement le signal LIF dans le Cargille et la caméra 2 enregistre uniquement le signal PIV dans l'eau. Les images enregistrées sont traitées pour obtenir la vitesse moyenne des deux phases. Un modèle intégral simple pour l'entraînement et l'atomisation basée sur des quantités moyennes eulériennes pondérées par la densité est enfin développée et validé par des résultats expérimentauxThe objective of the present thesis is to study two-phase liquid-liquid jets. Someof the features of a two-phase jet (distinct from single phase jet) are fragmentation ofthe injected fluid and energy exchange between fluids. Experimental measurementof the velocity dynamics in a two-phase jet is challenging because it's opacity. Tooptically access the dynamics of a two-phase jet, a transparent fluid with refractiveindex equal to water (referred as Cargille fluid) but with density twice as water isinjected into water tank. By adding a fluorescent dye to the transparent fluid andseeding particles to water, the dynamics of both the fluid are accessible opticallywhen illuminated by laser. A procedure to obtain information of the dynamics ofthe drops and its relation with velocity of the carrier fluid using high speed imagesis detailed in this thesis. To study two phase jets, two experimental setup (i) JaLaDand (ii) JeDi are developed. The work in this thesis can be categorized into severalparts that are explained as follows.Part-I: PTV analysis: Particle Tracking Velocimetry (PTV) algorithm Track isused on JaLad experiments. With PTV software Track, the Lagrangian trajectoriesof the fragmented liquid are analyzed. A procedure to detect primary fragmentation,secondary fragmentation and collision is developed. The methodology of fragmentationand collision detection is also verified with synthetically generated images.Part II: Single phase jet analysis: Before stating the measurement of a twophasejet, single-phase jets are studied on JeDi experiments. Relations to describeReynolds turbulent stress are developed to obtain a mathematical expression forturbulent kinetic energy dissipation and its dissipation.Part III: Simultaneous PTV-PIV measurement and analysis: In JeDi experiments,simultaneous measurement of both the fluids is perfomed. Optical flow and ParticleImage Velocimetry (PIV) are used for measuring dispersed phase (Cargille) andcarrier fluid (water) velocity respectively. For this part of the thesis, two lasers andtwo cameras are used. Camera 1 with a high pass filter (λ > 530 nm) and Camera 2with a low pass filter (λ < 530 nm) are synchronized with two lasers. Both systemsrecord images at the same instant in time and view the same plane. With the followingarrangement, Camera 1 only records the LIF signal in Cargille and Camera2 only records the PIV signal in water. The recorded images are processed to obtainthe average velocity of both phases. A simple integral model for entrainment andatomization based on Eulerian mass weighted average quantities is finally developedand validated against experimental results
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Meignen, Renaud. "Modélisation de la fragmentation d'un jet liquide à très haute température dans un liquide froid volatil." Grenoble INPG, 1995. http://www.theses.fr/1995INPG0181.
Abstract:
Dans l'industrie nucleaire, la sequence accidentelle la plus grave prevoit dans une de ses phases, la coulee du cur en fusion (temperature de l'ordre de 3000 k) en jets d'un diametre d'une dizaine de centimetres, dans l'eau presente en fond de cuve. Les conditions de destabilisation puis de fragmentation du jet sont l'objet de cette etude. Tres peu d'experiences relatives a ce probleme ont ete realisees, du fait des conditions extremes, et de l'eventualite d'explosion de vapeur. A l'issue d'une etude bibliographique approfondie, trois points importants sont a modeliser: la structure du film vapeur s'etablissant entre le jet chaud et le refrigerant, l'instabilite de petite echelle, responsable de l'atomisation du jet, et une instabilite de grande echelle mettant en jeu l'ecoulement jet-vapeur-refrigerant complet. Le modele de film vapeur turbulent s'appuie sur une proposition de loi de couche limite turbulente sur plaque fortement chauffee et prend en compte les forces de volumes et la tres forte vaporisation due au rayonnement. Le modele d'instabilite en ondes courtes est adapte d'un modele miles et brooke benjamin ou l'on a ajoute la contribution due au fort gradient de viscosite et de densite dans la couche limite gazeuse. Le taux de fragmentation calcule est tout a fait comparable aux resultats experimentaux. Le modele d'instabilite de grande echelle a trois phases est entierement personnel. Une version simple avec deux phases permet de retrouver, pour la premiere fois, des resultats experimentaux en jets liquide/gaz et liquide/liquide. La version triphasique permet de confirmer la possibilite d'instabilites de grande echelle
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Miller, Catherine Elizabeth. "Characterization of ion Cluster fragmentation in ionic liquid ion sources." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2019. https://hdl.handle.net/1721.1/122372.
Abstract:
This electronic version was submitted by the student author. The certified thesis is available in the Institute Archives and Special Collections.Thesis: Ph. D., Massachusetts Institute of Technology, Department of Aeronautics and Astronautics, 2019
Cataloged from student-submitted PDF version of thesis.
Includes bibliographical references (pages 273-281).
Ion electrospray propulsion is a cutting-edge micropropulsion technology that could revolutionize the capabilities of microsatellites. Ion electrospray thrusters could also be used on large spacecraft for precision attitude control applications such as gravity wave detection and exoplanet imaging. Novel room temperature molten salts, called ionic liquids, are used as propellant, which are composed purely of positive and negative molecular ions. When exposed to strong electric fields, ions and metastable clusters of ions are evaporated from the bulk liquid surface. The free ions and ion clusters can be accelerated to high velocities, producing thrust at high specific impulse. The performance of ion electrospray thrusters is affected by the composition of the ion beam and the amount of ion clusters that break apart during the acceleration phase. To improve thruster performance, a better understanding of the fundamental physics of ion evaporation and cluster break-up is needed.
The break-up of ion clusters, also called fragmentation, is not a well understood phenomenon. It has been observed in past experiments, but the rates of break-up have not been measured. The focus of this work is to experimentally investigate fragmentation more deeply than ever before. To accomplish this, a specialized instrumentation suite has been designed, built, and tested to measure fragmentation characteristics in unprecedented detail. A full-beam, spherical geometry retarding potential analyzer is used to measure the rates of fragmentation of ion clusters both outside the thruster and within the acceleration region for the first time. A narrow-beam, high time-resolution time of flight mass spectrometer is used to measure the beam composition. Single emitters based on resorcinol formaldehyde carbon xerogels were used as ion sources. Four ionic liquids spanning a wide range of liquid properties were characterized: EMI-FAP, EMI-Im, EMI-BF4, and BMI-I.
Analytical models were also developed to enhance the interpretation of the experimental results. The experimental measurements show that the amount of fragmentation increases with distance from the thruster and follows a constant rate equation. The mean lifetimes of ion clusters outside of the thruster range from 1-6 [mu]s, indicating that these clusters are quite unstable. It is observed that the fragmentation throughout most of the acceleration region is linear with respect to electric potential, which can be understood using analytical models. Rapid fragmentation likely occurs immediately after evaporation due to the strong electric fields near the emission site, which has significant implications for thruster performance. It is also observed that clusters of complex molecular ions which consist of many atoms tend to be the most stable. The initial temperature of ion clusters, which range from 520 K - 790 K, were estimated using analytical methods.
The effect of liquid temperature on the rates of fragmentation was also investigated. In conclusion, the work in this thesis provides a greatly enhanced understanding of ion cluster fragmentation, particularly how it is affected by ionic liquid properties, liquid temperature, and electric fields.
This research was supported by a NASA Space Technology Research Fellowship
by Catherine Elizabeth Miller.
Ph. D.
Ph.D. Massachusetts Institute of Technology, Department of Aeronautics and Astronautics
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Moghaddam, Amir. "Dynamics of transformation and fragmentation of composite liquid nano-particles." Thesis, Queensland University of Technology, 2010. https://eprints.qut.edu.au/31776/1/Amir_Moghaddam_Thesis.pdf.
Abstract:
Recent research on particle size distributions and particle concentrations near a busy road cannot be explained by the conventional mechanisms for particle evolution of combustion aerosols. Specifically they appear to be inadequate to explain the experimental observations of particle transformation and the evolution of the total number concentration. This resulted in the development of a new mechanism based on their thermal fragmentation, for the evolution of combustion aerosol nano-particles. A complex and comprehensive pattern of evolution of combustion aerosols, involving particle fragmentation, was then proposed and justified. In that model it was suggested that thermal fragmentation occurs in aggregates of primary particles each of which contains a solid graphite/carbon core surrounded by volatile molecules bonded to the core by strong covalent bonds. Due to the presence of strong covalent bonds between the core and the volatile (frill) molecules, such primary composite particles can be regarded as solid, despite the presence of significant (possibly, dominant) volatile component. Fragmentation occurs when weak van der Waals forces between such primary particles are overcome by their thermal (Brownian) motion. In this work, the accepted concept of thermal fragmentation is advanced to determine whether fragmentation is likely in liquid composite nano-particles. It has been demonstrated that at least at some stages of evolution, combustion aerosols contain a large number of composite liquid particles containing presumably several components such as water, oil, volatile compounds, and minerals. It is possible that such composite liquid particles may also experience thermal fragmentation and thus contribute to, for example, the evolution of the total number concentration as a function of distance from the source. Therefore, the aim of this project is to examine theoretically the possibility of thermal fragmentation of composite liquid nano-particles consisting of immiscible liquid v components. The specific focus is on ternary systems which include two immiscible liquid droplets surrounded by another medium (e.g., air). The analysis shows that three different structures are possible, the complete encapsulation of one liquid by the other, partial encapsulation of the two liquids in a composite particle, and the two droplets separated from each other. The probability of thermal fragmentation of two coagulated liquid droplets is discussed and examined for different volumes of the immiscible fluids in a composite liquid particle and their surface and interfacial tensions through the determination of the Gibbs free energy difference between the coagulated and fragmented states, and comparison of this energy difference with the typical thermal energy kT. The analysis reveals that fragmentation was found to be much more likely for a partially encapsulated particle than a completely encapsulated particle. In particular, it was found that thermal fragmentation was much more likely when the volume ratio of the two liquid droplets that constitute the composite particle are very different. Conversely, when the two liquid droplets are of similar volumes, the probability of thermal fragmentation is small. It is also demonstrated that the Gibbs free energy difference between the coagulated and fragmented states is not the only important factor determining the probability of thermal fragmentation of composite liquid particles. The second essential factor is the actual structure of the composite particle. It is shown that the probability of thermal fragmentation is also strongly dependent on the distance that each of the liquid droplets should travel to reach the fragmented state. In particular, if this distance is larger than the mean free path for the considered droplets in the air, the probability of thermal fragmentation should be negligible. In particular, it follows form here that fragmentation of the composite particle in the state with complete encapsulation is highly unlikely because of the larger distance that the two droplets must travel in order to separate. The analysis of composite liquid particles with the interfacial parameters that are expected in combustion aerosols demonstrates that thermal fragmentation of these vi particles may occur, and this mechanism may play a role in the evolution of combustion aerosols. Conditions for thermal fragmentation to play a significant role (for aerosol particles other than those from motor vehicle exhaust) are determined and examined theoretically. Conditions for spontaneous transformation between the states of composite particles with complete and partial encapsulation are also examined, demonstrating the possibility of such transformation in combustion aerosols. Indeed it was shown that for some typical components found in aerosols that transformation could take place on time scales less than 20 s. The analysis showed that factors that influenced surface and interfacial tension played an important role in this transformation process. It is suggested that such transformation may, for example, result in a delayed evaporation of composite particles with significant water component, leading to observable effects in evolution of combustion aerosols (including possible local humidity maximums near a source, such as a busy road). The obtained results will be important for further development and understanding of aerosol physics and technologies, including combustion aerosols and their evolution near a source.
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Bissagou, Koumba Gaelle. "Fragmentations chimique et physique de plastiques et microplastiques en eau douce sous irradiation UV-visible." Thesis, Université Clermont Auvergne (2017-2020), 2018. http://www.theses.fr/2018CLFAC016/document.
Abstract:
La question des détritus marins de plastique et de leur impact sur l'environnement prend de l’ampleur. Il a été démontré que 80% des plastiques sont issus de sources terrestres, tandis que 20% viennent des côtes et mers. De nombreux auteurs soulignent un problème environnemental sérieux lié à l'absorption de POP (Polluants Organiques Persistants) par les débris plastiques, initiant ainsi une source potentielle de contamination de la chaîne alimentaire. Tous les auteurs attribuent la fragmentation en « microplastiques » (taille < 5mm) à des phénomènes liés à la dégradation, en particulier sous UV sans l’avoir jamais réellement ni démontré ni analysé. Les rivières constituant alors un vecteur privilégié de transport des déchets terrestres vers les mers et océans, nous avons décidé de mettre en évidence (et de quantifier) la présence de microplastiques dans une rivière réputée « sauvage » comme l’Allier. Au laboratoire, nous mettons au point des protocoles de simulation de la fragmentation des plastiques sous irradiations UV de différentes matières plastiques dans l'eau (douce). Nous analysons aussi bien les molécules chimiques issues de la dégradation des plastiques et transférées dans le milieu aqueux que les modifications moléculaires que peut subir le matériauThe question of marine litter and their environmental impact gains importance. It was shown that 80% of plastics results from terrestrial sources, while 20% come from coastlines and seas. Many authors point to a serious environmental problem involved to the absorption of POPs (persistent organic pollutants) by plastic detritus, thus initiating a potential source of contamination of the food chain. All authors attribute the fragmentation to "microplastic" (size < 5mm) to phenomena related to degradation, under UV without ever having demonstrated or analysed it. The rivers constituting then a privileged vector of transport of the terrestrial waste towards the seas and oceans, we decided to highlight (and quantify) the presence of microplastics in a river known as "wild" as the Allier. At the laboratory, we develop simulation protocols for the fragmentation of plastics under UV irradiation of various plastic materials in fresh water. We analyse both the chemical molecules resulting from the degradation of plastics and transferred to the aqueous medium as well as the molecular changes that can undergo the material
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Redding, Jeremy. "Deformation, Fragmentation and Vaporization of Volatile Liquid Droplets in Shock-Laden Environments." University of Cincinnati / OhioLINK, 2020. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=ucin1613745275535815.
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BOYER, DENIS. "Theorie statistique de l'adsorption irreversible aux interfaces liquide-solide et de la fragmentation sequentielle." Paris 6, 1995. http://www.theses.fr/1995PA066550.
Abstract:
L'adsorption irreversible de macromolecules aux interfaces liquide-solide et la fragmentation sont deux exemples de phenomenes physiques qui evoluent loin de l'equilibre thermodynamique, et qui peuvent etre decrits de facon sequentielle. Nombre d'experiences revelent que des proteines ou des particules colloidales restent fixees dans leur position apres s'etre deposees sur une surface solide. Nous degageons les principales caracteristiques concernant la structure des configurations de particules engendrees par adsorption sequentielle irreversible. L'etude de la fonction de correlation de paires de tels systemes est abordee au moyen de modeles unidimensionnels exactement solubles et par le biais d'une equation integrale approchee en dimensions superieures. Nous etudions ensuite la cinetique de deposition de particules pouvant subir des changements de conformation au contact de la surface, analogues a ceux observes chez certaines proteines sous l'effet des interactions avec le substrat. Les mecanismes des processus de cassure, fission, desagregation, conduisant a un nombre important de fragments sont encore mal compris. Les approches theoriques cinetiques font jusqu'a present l'hypothese que les fragments peuvent etre caracterises par une seule grandeur physique propre, en general leur masse. Nous proposons un modele cinetique de fragmentation en cascade dans lequel l'evolution ulterieure de chaque fragment depend de deux parametres internes. Cette modification entraine l'apparition de divers regimes cinetiques dont une transition d'emiettement nouvelle (critique). En outre, la fonction de distribution des fragments a temps fini ne peut pas se mettre sous la forme d'une loi d'echelle et possede une structure multifractale
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Caruyer, Céline. "Modélisation de nanomatériaux injectés par voie liquide dans un jet de plasma pour la fabrication de nanostructures." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14329/document.
Abstract:
Ce travail porte sur l’étude du procédé de projection plasma par voie liquide et en particulier sur l’interaction entre la phase liquide et l’écoulement de plasma. Différents phénomènes physiques ont lieu comme la fragmentation du jet, l’évaporation du liquide et la fusion des particules. La simulation numérique permet de mieux comprendre les phénomènes physiques et vient en appui des expériences qui sont parfois difficiles voire impossibles à réaliser. Un modèle compressible diphasique est développé afin de prendre en compte les effets compressibles du plasma. Des validations sont réalisées sur des cas test académiques et sur un jet d’argon pur. De bons accords sont obtenus entre les simulations et la théorie ou les expériences. Ensuite différents mélanges de gaz plasmagènes, classiquement utilisés en projection plasma, sont étudiés : l’argon/hydrogène et l’argon/hélium.Une analyse du caractère instationnaire et turbulent est ensuite menée et permet de voir l’importance des effets instationnaires dans ces écoulements. Puis des simulations de l’injection de la phase liquide sous forme de gouttes ou de jet continu dans l’écoulement de plasma sont réalisées. L’influence de la nature des gaz plasmagènes et du mode d’injection est démontrée. Les structures observées expérimentalement sont également obtenues parles simulationsThe study of the plasma spraying process is investigated in this work, in particular the interaction between a liquid phase and a plasma flow. Different physical phenomena occureas the jet fragmentation, the liquid vaporization and the particles fusion. The numerical simulation is used to better understand the physical phenomena and is an alternative to experimental measurements, which could be locally difficult to perform because of the measurement techniques limitations and the particular characteristics of the plasma. A compressible two-phase model is developped to take into account the compressible effects of the plasma flow. Validations are realized on academic test cases and on a argonjet. Good agreements are obtained between simulations and theory or experiments. Then different mixtures of plasmagen gas, classically used in plasma spraying, are studied :argon/hydrogen and argon/helium. An analysis of unsteady and turbulent character isled and allows seeing the importance of unsteady effects in these flows. Numerical simulations of the injection of a liquid phase into the plasma flow are realized. The influence of the plasmagen gas nature and the injection type is anlysed. Structures observed by experiments are also obtained by the simulations
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Fedkiw, Timothy Peter. "Characterization of an iodine-based ionic liquid ion source and studies on ion fragmentation." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2010. http://hdl.handle.net/1721.1/62488.
Abstract:
Thesis (S.M.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Aeronautics and Astronautics, 2010.Cataloged from PDF version of thesis.
Includes bibliographical references (p. 71-73).
Electrosprays are a well studied source of charged droplets and ions. A specific subclass is the ionic liquid ion source (ILIS), which produce ion beams from the electrostatically stressed meniscus of ionic liquids. ILIS have several applications, two of which include space propulsion and focused ion beam technologies. An ILIS using the 1-butyl-3-methylimidazolium iodide (BMI-I) is characterized with a focus on those properties that would impact its performance in a focused ion beam (FIB) system. The currents obtained in the negative mode from this ILIS are on the order of 100 nA, and composed of nearly 50% pure iodine ions with the remainder composed of solvated ions. The energy deficit of the ion beam is seen to be on the order of 15 eV, with full width at half maximum of about 12 eV. The angular intensity is estimated to be 0.65 tA sr- 1 . The energy signal from the BMI-I ILIS contained several features that suggested a significant amount of ion fragmentation in the acceleration region. This prompted a secondary study using the the ionic liquid 1-methyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMI-BF 4). The amount of fragmentation was seen to be up to 25% of the ion beam. The impact of such fragmentation on the performance of an ILIS thruster is examined. The effects are integrated into the definition of the polydispersive efficiency by characterizing the fragmentation products as two discrete populations of ions and neutrals. This adjusted polydispersive efficiency is seen to be about 88%, about 6% lower than values not taking into account the fragmentation.
by Timothy Peter Fedkiw.
S.M.
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Camplese, Davide. "An experimental and numerical study on liquid fragmentation induced by an accidental industrial explosion." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2022.
Abstract:
In a process involving hazardous liquids, if a chemical runaway reaction happens inside a tank, an explosion may occur and spreads the bulk liquid around the exploded vessel. Following the rapid ejection, the liquid will be fragmented into droplets both by the high-speed gas flow and blast propagation. The droplets dimension are directly related to the extent of the dispersion of toxic liquids and/or the combustion risk of a flammable aerosol thus produced. Therefore, it is of crucial relevance to study the phenomena involved in fragmentation, understanding the role played by hydrodynamic instabilities occurring at the liquid-high-pressure gas interface. Moreover, liquid fragmentation is supposed to be strongly dependent on the blast overpressure and the amount of liquid affected by the explosion. The present work analysed these aspects, simulating the impact of an explosion over a liquid layer using the shock tube facility. Firstly, a 1-D numerical model has been implemented to simulate the shock tube problem. Although the presence of viscosity effects was detected, a good match between model and experimental data was found in simulating the closed shock tube. Subsequently, the original shock tube set-up has been appropriately modified to accommodate the liquid on the top. Thus, the different overpressure behaviour in presence of water instead of a closed wall at the end of the tube was investigated. The comparison with the numerical model has allowed appreciating the water layer acts as a solid wall when reflecting the incident shock wave. Direct visualization of the fragmentation phenomenon and the instabilities has been achieved by using high-speed cameras. Several tests have been performed changing the mass of water involved and the pressure impulse impacting it, observing the correlation interacting between these parameters and the liquid acceleration throughout an image processing software.
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Savoire, Raphaëlle. "Etude multi-échelles de la séparation solide-liquide dans la trituration du lin oléagineux." Compiègne, 2008. http://www.theses.fr/2008COMP1760.
Abstract:
Le procédé actuel de trituration du lin basé sur un pressage mécanique suivi d’une filtration répond aux contraintes du développement durable. Le but de ce travail est d’étudier le lien entre la composition de la matière première traitée (les graines ou l’huile de lin) et les performances du procédé. Nous avons montré que le mucilage (polysaccharides de la cuticule de la graine) n’est pas un paramètre régissant le pressage à froid des graines de lin. Dans la graine, l’accumulation du mucilage et des substances de réserves telles que l’huile sont fortement influencées par les conditions météorologiques. Dans ces conditions, le pressage de graines avant maturité a confirmé que la meilleure période de récolte des graines de lin se situait à la fin de la maturation (au-delà de 700 degrés jours de croissance). Une concordance entre les performances de pressage à l’échelle laboratoire (3 g en batch) et à l’échelle pilote (5 kg/h) a été obtenue, ce qui laisse présager une transposition possible vers l’échelle industrielle. Un fort impact des phospholipides sur la filtration de l’huile de pressage a été montré. Une concentration optimale à 2% de lécithine a été identifiée pour la filtration de l’huile. L’agitation de la suspension lors de la filtration n’est pas nécessaire pour améliorer le procédé, mais la filtration à 50°C permet une augmentation très significative de la vitesse de filtration. La poursuite de ces travaux aux échelles pilote et industrielle devrait permettre de bénéficier d’une méthode de détermination de la pressabilité des graines au laboratoire permettant une prédiction des performances industrielles dans les étapes de sélection variétale des grainesThe actual linseed trituration process is based on a mechanical pressing followed by a filtration. This process is in agreement with the considerations of sustainable development. The aim of this work was to study the link between the raw material composition (seed or linseed oil) and the process efficiency. The results have shown that mucilage (polysaccharides from the seed cuticule) was not a parameter influencing the linseed cold pressing. In the seed, the mucilage and reserve substances (as oil) accumulation was highly influenced by the meteorological conditions. The expression of seed before maturity had confirmed that the best harvesting period was at the end of the maturation (after 700 growing degree days). A similarity between the expression performances at laboratory scale on 3 g of seeds and at pilot scale (5 kg/h) was highlighted. This could be a sign of a possible transposition towards industrial scale. A strong effect of phospholipids on expressed oil filtration was displayed. An optimal concentration of 2% of lecithin was identified for oil filtration. The suspension stirring during filtration is not necessary to improve the process. But a filtration at 50°C allowed a very significative increase of the filtration rate. The pursuit of this work on pilot and industrial scale should permit to benefit from a method to determine pressability of the seed in the laboratory. This pressability could allow the prediction of the process industrial efficiency during the seed breeding
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Audette, Marilyne. "Modifications radio-induites dans les protéines, étude de la fragmentation et de la polymérisation en solutions aqueuses liquide et gelée." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 2001. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk3/ftp04/NQ60584.pdf.
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Wacheul, Jean-Baptiste. "Étude de la fragmentation de métal liquide en chute libre dans un environnement visqueux : application à la formation des planètes." Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0184.
Abstract:
L'accrétion de planètes telluriques comme la Terre se déroule par collisions successives entre proto-planètes déjà différenciées en un manteau de silicate et un noyau de fer. Le résultat de ces impacts est un écoulement diphasique qui est la dernière occasion pour les deux composants principaux des planètes de partiellement se mélanger. Afin d'étudier les conditions des échanges diffusifs de chaleur et d'éléments chimiques dans cet écoulement, nous avons fait des expériences sur un système de fluide analogue. Le fer liquide est représenté par un alliage de gallium et l'océan de magma est représenté par un liquide visqueux. Les vidéos de la chute d'un sphéroïde de métal liquide dans le fluide visqueux sont analysées par ordinateur pour en extraire la dynamique de l'écoulement post-impact .La température du métal liquide avant et après sa chute est mesurée dans le but d'analyser les conditions des échanges diffusifs entre les deux phases intégrées sur toute la chute. Nous montrons que la dilution du diapir produit par l'entrainement de fluide ambiant au cours de sa chute suit l'hypothèse d'entrainement turbulent. La fragmentation du métal liquide est caractérisée par la mesure de la distance de fragmentation, par la mesure du rayon moyen des gouttes produites en fonction du rayon initial du diapir et par la mesure de la distribution des tailles de goutte. La distribution est donnée par une fonction de Bessel. Les données sur la dynamique, sur la fragmentation et sur la température sont ensuite utilisées pour tester les différents modèles d'équilibration entre les deux phasesThe accretion of terrestrial planets like Earth proceeds partly by impacts of proto-planets already differentiated in a silicate mantle and an iron core. Those impacts result in a two phase flow where the two main components of the planets partially mix for the last time. In order to study the conditions of diffusive transfer of heat and elements during this flow, we have performed experiments using an analog system of fluids. A gallium alloy is used to represent the molten iron core and a viscous fluid is used to represent the molten silicatemantle. Video recordings of the fall of liquid metal spheroids through the viscous fluid areanalyzed as a way to study the dynamics of the post impact flow. Measurements of the temperature of the liquid metal before and after its fall are performed in order to probe the conditions of the diffusive transfer between the two phases integrated along the fall.The diapir is found to dilute by entraining ambient fluid during its fall in a manner thatis well described by the entrainment hypothesis. The fragmentation of the liquid metal is quantified in terms of the break up distance, the mean radius of the droplets as a function of the spheroid’s initial radius andthe distribution of sizes of the droplets. The mean radius of the droplets is marked by the large scale falling speed which we interpret as a sign of a continuous break up process. The distribution of sizes is given by a Bessel function. The data on the dynamics, on the fragmentation and on the temperature are then used to test the existing thermal equilibration models between the two phases
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AUDETTE, MARILYNE. "Modifications radio-induites dans les proteines : etude de la fragmentation et de la polymerisation en solutions aqueuses liquide et gelee." Paris 11, 1999. http://www.theses.fr/1999PA112092.
Abstract:
Dans ce travail, nous avons caracterise les modifications radio-induites des chaines polypeptidiques en milieu aqueux liquide et solide. L'irradiation de -galactosidase en solution liquide entraine un rendement de perte d'integrite de la proteine beaucoup plus important qu'en solution congelee. A 78c, l'examen de la fragmentation a l'aide de l'-lactalbumine de lait de cochon d'inde, de la citrate synthase de cur de porc et du lysozyme de blanc d'uf de poule a montre que la frequence comme la repartition des sites de clivage dependent de la conformation. Par exemple, une relation lineaire est observee entre le rapport de la surface sur le volume et le rendement de coupure. La fragmentation semble initiee par les electrons ejectes par le rayonnement ionisant. Les sites de coupure finaux sont issus de rearrangements qui ont lieu en surface des proteines principalement dans les boucles et les retours de chaines accessibles au solvant. En solution liquide diluee les processus oxydants sont a l'origine de la majeure partie des reorganisations, par polymerisation et par fragmentation, de la chaine principale. En isolant la reaction d'oxydation monoelectronique de residus tryptophane (par l'emploi du radical de l'azoture) dans le lyzozyme de poule, nous avons localise quelques sites alteres. Ainsi, des residus tyrosine, en position 23 et 53, participent aux dimerisations par formation de ponts bityrosine. Les residus tryptophane 108 et/ou 111, sont egalement oxydes, vraisemblablement en n-formylkynurenine, et la chaine polypeptidique est clivee entre l'asparagine 103 et la glycine 104. Ceci, ainsi que l'evaluation de l'influence de parametres dont la souche (a l'interieur de la famille des lyzozymes de type c), la concentration proteique, la temperature d'irradiation et le debit de dose a permis de proposer des schemas reactionnels.
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Landeau, Maylis. "Deux aspects de la dynamique des fluides des noyaux planétaires." Paris, Institut de physique du globe, 2013. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01472508.
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Cook, Shannon L. "Metastable Atom-Activated Dissociation (MAD): A Novel Dissociation Method Employed within a Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometer." Ohio University / OhioLINK, 2012. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=ohiou1331325173.
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McLaughlin, Jacob Ryan. "Control of swelling, electrochemical, and elongation properties of photopolymers through the modification of structure." Diss., University of Iowa, 2018. https://ir.uiowa.edu/etd/6205.
Abstract:
Modifying photopolymer structure on the molecular and nanoscale level permits tailoring materials for use in a wide variety of applications. Understanding the fundamentals behind polymer structure at these levels permits the control of material properties. This work gains insight into the modification of structure on two levels, the nanoscale by use of structure templates and the molecular scale through the modification of polymer network formation.
Lyotropic liquid crystals (LLCs) are a type of self-assembling surfactant system, which in combination with photopolymerization can be used to template ordered nanostructure within polymer materials. This structure can be controlled and utilized to influence the properties of a polymer material. This research examines materials used as templating agents and the types of nanostructures that may be obtained. Additionally, their effects upon the LLC templating process and material properties is determined. Structured polymers are created using LLC templates in pursuit of materials for use in water purification processes and electrochemical devices. Through a more complete understanding of the fundamentals of the templating process, the work presented here extends the LLC templating technique to a greater variety of materials and applications in the water remediation and energy storage fields.
The second portion of this research is the use of reversible addition fragmentation chain transfer (RAFT) to modify photopolymer networks. RAFT agents are utilized to control the propagation reaction to create networks with increased homogeneity between network crosslinks. By increasing the uniformity of the polymer network, increases in polymer elongation and toughness as well as decreases in polymer modulus are observed. The effects of RAFT agent addition on the network formation and the final properties of the photopolymer is examined. By understanding the mechanisms behind this modification technique, photopolymers can be extended into new applications where increased elongation and toughness is valued.
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Biasiori-Poulanges, Luc. "Fragmentation aérodynamique d’une goutte liquide induite par une onde de choc plane High-magnification shadowgraphy for the study of dropbreakup in a high-speed gas flow On the formation and recurrent shedding of ligaments in droplet aerobreakup Data on eosin y solutions for laser-induced fluorescence in water flows Multimodal imaging for intra-droplet gas-cavity observation during droplet fragmentation." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2021. http://www.theses.fr/2021ESMA0002.
Abstract:
Ce travail de thèse propose une description originale de la fragmentation aérodynamique d’une goutte d’eau, induite par une onde de choc plane, pour des régimes à la frontière entre les modes gouvernés par l’instabilité de Rayleigh-Taylor et ceux dominés par l’instabilité de Kelvin-Helmholtz. Un banc expérimental composé d’un tube à choc couplé à des diagnostics d’imagerie rapide est exploité pour caractériser les processus de fragmentation. Les résultats expérimentaux sont complétés par des simulations numériques réalisées à partir du code multiphasique compressible open-source ECOGEN. L’effet de l’onde de choc sur la goutte est évalué grâce à une modélisation théorique basée sur l’acoustique géométrique permettant de décrire la dynamique spatio-temporelle des réflexions d’onde à l’intérieur de la goutte et de prédire le lieu des points de plus haute densité d’énergie. Le champ de pression est résolu à partir de simulations numériques qui indiquent que la tension de rupture de l’eau est atteinte pour une onde de choc évoluant à un nombre de Mach de 1.7. Dès lors, un processus de cavitation dont les conséquences sur la dynamique de la fragmentation pourraient être significatives, est possible. Concernant la dynamique interfaciale, les expériences comme les simulations révèlent le développement d’une perturbation azimutale transverse à l’origine d’une structure ligamentaire périodique. Une analyse de Fourier des résultats numériques 3-D suggère que l’initiation de cette déstabilisation est indépendante des effets capillaires, à l’inverse de sa croissance. La dynamique ligamentaire apparaît être un processus cyclique dont la fréquence est celle du lâché de vortex dans le sillage del a goutte. Ce schéma récurrent cesse après quatre cycles. Il s’en suit alors la perte de l’intégrité structurelle du corps résiduel de la goutte des suites du développement d’une cavité gazeuse, dans le liquide, qui agit comme une région de fragilité et donc, facilite la fragmentationThis thesis proposed a groundbreaking description of the shock-induced aerodynamic fragmentation of a water droplet at the transition of the Rayleigh-Taylor Piercing and the Shear-Induced Entrainment regimes. An experimental facility consisting of a shock tube and high-speed imaging diagnostics is used to investigate the fragmentation processes. Experimental results are supported with numerical simulations performed with the open-source code ECOGEN dedicated to multiphase compressible flows. The shock wave effect on the droplet is assessed by a theoretical modelling based on geometrical acoustics which allows for the description of the wave spatio-temporal dynamics and enables to predict the time-dependent location of the highest energy density. Pressure fields are determined using numerical simulations. It appears that the water tensile rupture is reached for a shock wave Mach number of 1.7 from which bubble cloud cavitation may occur by causing signification changes in the fragmentation dynamics. As regards to the interfacial dynamics, both experiments and numerical simulations show the development of a transverse azimutal modulation resulting in the periodic ligament structure at the droplet surface. Contrary to the modulation growth, its initiation seems to be independent of the capillary effects as revealed by a Fourier analysis of the 3-D numerical results. The ligament dynamics is a cyclic process driven by the vortex shedding process in the wake of the droplet. Four cycles have been observed before the residual droplet core breaks up owing to the growth of an air cavity inside the droplet that acts as weak spot, and thus facilitating the droplet split-off
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De, Luca Magali. "Contribution à la modélisation de la pulvérisation d'un liquide phytosanitaire en vue de réduire les pollutions." Phd thesis, Université de la Méditerranée - Aix-Marseille II, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00195424.
Abstract:
La viticulture est une activité très consommatrice de pesticides (20% de la consommation totale française). Par conséquent, il semble capital d'optimiser les procédés de pulvérisation en milieu agricole afin de réduire les quantités de produits appliquées. Les traitements sont la plupart du temps pulvérisés sous forme d'une bouillie liquide composée d'eau et de matières actives, auxquelles sont ajoutées d'autres substances comme les surfactants et les adjuvants afin de faciliter leur emploi et d'améliorer leur efficacité. Des études récentes ont souligné que les tailles et vitesses de gouttes produites en sortie de buses ont un fort impact sur l'efficacité des traitements. En effet, suivant ces caractéristiques, les gouttes sont plus ou moins soumises aux phénomènes d'évaporation, de dérive ou de ruissellement. L'objectif de la présente étude est donc de modéliser l'atomisation des jets de pesticides afin d'obtenir la dispersion liquide, et les caractéristiques du jet. Ces données pourront servir de conditions initiales aux modèles de transport et de dépôt. Pour cela, un modèle Eulérien développé dans le secteur automobile est utilisé. Il suppose l'écoulement turbulent d'un « pseudo-fluide » avec une masse volumique comprise entre celle d'un liquide et celle d'un gaz. La dispersion du liquide dans la phase gazeuse est calculée grâce à l'équation de la fraction massique liquide moyenne. La taille moyenne des fragments liquides produits est quant à elle déterminée au moyen d'une équation pour la surface moyenne de l'interface liquide-gaz par unité de volume, dans laquelle sont pris en compte les phénomènes physiques responsables de la production et destruction de surface. La modélisation de la turbulence est assurée par le modèle aux tensions de Reynolds. Les équations du modèle ont été implémentées dans le code commercial CFD, Fluent et appliquées au cas d'une buse à turbulence agricole. Des calculs numériques tridimensionnels de l'écoulement interne et externe de la buse ont été réalisés jusqu'à une distance d'environ 1cm de la sortie. Les résultats numériques délivrés par le modèle semblent montrer un bon accord avec les photographies des jets obtenues par ombroscopie. Ils indiquent la formation d'une nappe liquide creuse en sortie de buse et la présence de zones de recirculation au sein de l'écoulement, soulignant l'existence d'un coeur d'air. Pour ce qui est des tailles de gouttes, les résultats mettent en évidence la présence d'une couronne de gouttes relativement grosses et, au milieu, de gouttes plus fines, conformément aux expérimentations. Ils soulignent également le fait que la cassure du spray se produit très près de la sortie de la buse.
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Cheng, Shijing. "Synthesis and Characterization of Cation-Containing and Hydrogen Bonding Supramolecular Polymers." Diss., Virginia Tech, 2011. http://hdl.handle.net/10919/77185.
Abstract:
Non-covalent interactions including nucleobase hydrogen bonding and phosphonium/ammonium ionic aggregation were studied in block and random polymers synthesized using controlled radical polymerization techniques such as nitroxide mediated polymerization (NMP) and reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT). Non-covalent interactions were expected to increase the effective molecular weight of the polymeric precursors through intermolecular associations and to induce microphase separation. The influence of non-covalent association on the structure/property relationships of these materials were studied in terms of physical properties (tensile, DMA, rheology) as well as morphological studies (AFM, SAXS).
Ionic interactions, which possess stronger interaction energies than hydrogen bonds (~150 kJ/mol) were studied in the context of phosphonium-containing acrylate triblock (ABA) copolymers and random copolymers. Phosphonium-containing ionic liquid monomers with different alkyl substituent lengths and counterions enabled an investigation of the effects of ionic aggregation of phosphonium cations on the polymer physical properties. The polymerization of styrenic phosphonium-containing ionic liquid monomers using a difunctional alkoxyamine initiator, DEPN2, afforded an ABA triblock copolymer with an n-butyl acrylate soft center block and symmetric phosphonium-containing external reinforcing blocks. Small-angle X-ray scattering (SAXS) and transmission electron microscopy (TEM) of triblock copolymers revealed pronounced microphase separation at the nanoscale. Phosphonium aggregation governed block copolymer flow activation energies. In random copolymers, the phosphonium cations only weakly aggregated, which strongly depended on the length of alkyl substituents and the type of counterions. Acrylate random copolymers consisting of quaternary ammonium functionalities were synthesized using reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT). The obtained copolymers possessed controlled compositions and narrow molecular weight distributions with molecular weights ranging from Mn =50,000 to 170,000 g/mol. DMA evidenced the weak aggregation of ammonium cations in the solid state. Additionally, this ionomer was salt-responsive in NaCl aqueous solutions.
Hydrogen bonding, a dynamic interaction with intermediate enthalpies (10-40 kJ/mol) was introduced through complementary heterocyclic DNA nucleobases such as adenine, thymine and uracil. Our investigations in this field have focused on the use of DNA nucleobase pair interactions to control polymer self-assembly and rheological behavior. Novel acrylic adenine- and thymine-containing monomers were synthesized from aza-Michael addition reaction. The long alkyl spacers between nucleobase and polymer backbone afforded structural flexibility in self-assembly process. Adenine-containing polyacrylates exhibited unique morphologies due to adenine-adenine π-π interactions. The complementary hydrogen bonding of adenine and thymine resulted in disruption of adenine-adenine π-π interactions, leading to lower plateau modulus and lower softening temperatures. Moreover, hydrogen bonding interactions enabled the compatibilization of complementary hydrogen bonding guest molecules such as uracil phosphonium chloride.Ph. D.
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Forny, Laurent. "L'eau en poudre." Compiègne, 2007. http://www.theses.fr/2007COMP1701.
Abstract:
Cette étude a pour objet l'élaboration de poudres sèches en apparence mais qui contiennent une quantité importante de matière active sous forme liquide. Ainsi, l'eau en poudre (à base de silice pyrogénique hydrophobe) peut incorporer jusqu'à 98% d'eau en masse. Les particules ont une taille moyenne d'environ 150 μm et présentent une bonne coulabilité. La libération de l'eau s'effectue par évaporation ou par pression mécanique. La structure des particules a été étudiée par microscopie électronique après cryofracture ou sublimation de l'eau. Les particules individuelles se composent d'une gouttelette d'eau enrobée par une coquille de silice. Il existe deux modes de fabrication: les procédés à fort taux de cisaillement de type mixeur et les procédés de pulvérisation de type granulateur. La qualité du produit dépend de la contribution énergétique du procédé et de l'angle de contact liquide/particule (évalué par intrusion d'eau). Les perspectives d'applications sont nombreusesWater-rich powders, also called "dry water", containing up to 98% (by weight) of water and still maintaining the same flow properties as a dry powder were prepared by a simple mixing process. Dry water particles are a very convenient carrier system that can be easily produced at industrial scale. Water can be released by evaporation or under mechanical stress. The structure of individual particles bas been studied by electronic microscopy after freeze fracture or water sublimation. Each particle consist in a micrometric water droplet (average diameter of 150 μm) surrounded by a network build up by association of hydrophobic fumed silica particles. Two types of mixing processes were used: high shear processes and atomization processes such as granulators. The quality of the final product depends on the energetic contribution of the process and on the solid/liquid contact angle (evaluated by water intrusion). Potential applications are numerous in the food, pharmaceutical, and cosmetics industry
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Belhadef, Abdelhak. "Contribution à la modélisation Eulérienne de l'atomisation pour la pulvérisation agricole." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00663344.
Abstract:
La pollution de l'environnement par les pesticides reste une préoccupation sociale et environnementale importante. Lors de l'application, une partie des pesticides peut contaminer l'environnement (dérive). La diminution des pollutions repose sur la maîtrise de la taille et la vitesse des gouttes en sortie de buse. L'objectif principal de cette thèse est de développer une approche Eulérienne afin d'estimer les caractéristiques initiales des gouttes produites telles que la taille et la vitesse à la sortie de buse. Le modèle Eulérien d'atomisation considère l'écoulement diphasique d'un liquide et d'un gaz comme un écoulement turbulent d'un seul fluide avec une masse volumique variable, variant entre celle du gaz et celle du liquide pulvérisé. Une équation de transport pour la fraction massique liquide moyenne permet de décrire la dispersion du liquide dans la phase gazeuse. La turbulence est modélisée par une approche aux tensions de Reynolds (RSM) en résolvant les équations de transport de chacune des six composantes du tenseur de Reynolds. Par ailleurs, une équation de transport de l'interface volumique liquide/gaz est considérée. La production de l'interface volumique qui exprime la création des gouttes est fonction, d'une part, à grande échelle, du gradient de vitesse moyenne et, d'autre part, à petite échelle, de la turbulence. La destruction de l'interface volumique qui exprime la coalescence des gouttes, quant à elle, prend en compte la tension de surface qui s'oppose à la désintégration de la surface liquide. L'évolution spatiale des rayons et des vitesses des gouttes produites en sortie de buse est décrite en couplant l'équation de la fraction massique liquide moyenne et celle de l'interface volumique à celles de la conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de la turbulence. L'étude est faite avec le code de calculs FLUENT V.12 en utilisant les Fonctions Définies par l'Utilisateur (UDF "User Defined Function") pour adapter le code à nos conditions d'injection très particulières puisque le rapport des masses volumiques liquide et gaz est de l'ordre de 800. Les résultats obtenus par le modèle indiquent la formation d'une nappe conique creuse constituée de grosses gouttelettes et la présence d'une zone de recirculation près de l'axe du spray constituée de gouttelettes plus petites, conformément aux expérimentations. La comparaison du Diamètre Moyen de Sauter calculé par le modèle et mesuré expérimentalement par l'Anémométrie Phase Doppler montre un bon accord.
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Collin, Olivier L. "Development of a Novel Tandem Mass Spectrometry Technique for Forensic and Biological Applications." View abstract, 2007. http://gateway.proquest.com/openurl?url_ver=Z39.88-2004&res_dat=xri:pqdiss&rft_val_fmt=info:ofi/fmt:kev:mtx:dissertation&rft_dat=xri:pqdiss:3292877.
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Rossi, Dario. "Fracton phases: analytical description and simulations of their thermal behavior." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2021. http://amslaurea.unibo.it/23919/.
Abstract:
Many-body physics studies the collective behavior of systems with a large number of microscopic constituents. The interaction between the fundamental particles creates a common behavior within the system with emergent excitations exhibiting uncommon
characteristics. In three spatial dimensions it has recently been found that a new kind of particles can exist characterized by a fractionalized mobility, being either immobile or mobile only along sub-dimensional spaces: fractons.
In this thesis I explore fracton phases focusing on their topological and thermal properties. Fractons can be explained as a generalization of usual topological particles with some fundamental differences, which make fracton order a new field on its own. Fracton models are studied first from the point of view of exactly solvable lattice spin models, focusing on the similarities and differences with usual topological models. Fracton phases are also described through the use of symmetric tensor gauge theory. This gives a theoretical background which is used to explore some possible phases at finite densities of fractons, like Fermi liquids and quantum Hall states.
The thermal properties of such systems are studied in detail through the use of numerical simulations relying on exact-diagonalization. Various correspondences with systems featuring quantum many-body scars are found, in particular with the PXP model. The non-thermal behavior of the models under study is justified by the fragmentation of the Hilbert space in a large number of separated sub-sectors, not related to symmetries of the model. Further, the range of the local Hamiltonian operators is found to be of fundamental relevance in the thermal properties of the system. For certain ranges it is observed that the models are not able to reach the thermal state at long times. Instead, increasing the length of interactions the system becomes ergodic, with the exception of a small number of special eigenstates which remain non-thermal.
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Verhaegen, Julien. "Modélisation multiphasique d'écoulements et de phénomènes de dispersion issus d'explosion." Thesis, Aix-Marseille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011AIX10028/document.
Abstract:
Ce travail porte sur la modélisation de la formation et la dispersion d'un nuage de gouttes, par déconfinement d'un liquide: agression extérieure ou situation accidentelle. Le but est la construction d'un modèle apte à reproduire simultanément les conditions génératrices de la formation du nuage et l'évolution de ce nuage dans le temps (dispersion). La principale difficulté réside en la différence des modèles adaptés à la description d'écoulements caractérisant chaque étape du phénomène global : modèle d'écoulement multiphasique à phases compressibles (milieux continus) initialement, puis fragmentation et formation du nuage de gouttes dispersées dans une phase porteuse (modèle d'écoulements dilués). En l'absence de modèle analytique unique apte à décrire l'ensemble de ces processus, on propose une approche originale pour réaliser un couplage effectif entre ces deux modèles. La problématique de formation et de dispersion de liquide implique la prise en compte de plusieurs phénomènes physiques: fragmentation, transferts de chaleur et de masse ainsi que la traînée entre les phases. Ces différents phénomènes sont introduits dans le modèle global via des termes d'interactions présents dans les systèmes d'équations. La construction de ce modèle complet à permis la réalisation de calculs décrivant la formation et la dispersion d'un nuage de gouttes pouvant intervenir lors de situations accidentelles sur des sites industriels par exempleThis work focuses on modeling the formation and the dispersion of a cloud of droplets, induced by ejection of a liquid, resulting from an external aggression or an accidental situation. The goal is to build a model able to reproduce simultaneously the conditions which generate the cloud formation and the cloud evolution in time (dispersion). The main difficulty lies in the differences between the already existing models adapted to the description of flows which are able to characterize each stage of the global phenomenon: initially a multiphase flow model with compressible phases (Continuum), then the atomization and the formation of a cloud of droplets dispersed in a carrier phase (dilute flow model). We propose a new approach to achieve an effective coupling between these two models. The problem of the formation and the dispersion of the liquid requires to take into account several physical phenomena: atomization, heat and mass transfers and drag between phases. These phenomena are included in the global model through interaction terms involved in the systems of equations. The construction of this model has permited the realization of calculations describing the formation and dispersion of a cloud of droplets which may occur during, for axample, in accidental situations at industrial sites