Motion of a liquid bridge in a capillary slot: a numerical investigation of wettability and geometrical effects

Mouvement d’un pont liquide dans une fissure capillaire : Approche numérique de la mouillabilité et des effets géométriques

¹ I2M/TREFLE, UMR 5295, 16 avenue Pey-Berland 33607 Pessac, France
² LCTS, UMR 5801, 3 Allée La Boétie, 33600 Pessac, France
³ SPS, Groupe SAFRAN, Les 5 Chemins, 33 187 Le Haillan Cedex
email : lbenazzouk@ipb.fr

Abstract

This study presents the dynamic behavior of a liquid volume (bridge, film), submitted to different physical phenomena. Effects of surface phenomena such as wetting, surface tension and mechanical phenomena such as strong body force (centrifugation) in various configurations are explored. A numerical modeling approach was undertaken, using Thetis software, developed by I2M (Institute of Mechanics and Engineering of Bordeaux), to study the influence of the mentioned physical phenomena on the displacement of a viscous liquid. At first, in order to illustrate the ability of the numerical model of wettability and to assess its validity, two different test cases are presented. Post-treatment of the results show that static and dynamic contact angles, were satisfactorily simulated. Subsequently, numerical description of the formation of a liquid bridge, due to the growth and coalescence of two microdrops growing at constant flow rate is studied. Then, the evolution of the liquid bridge under the action of a body force is investigated. This case is of practical importance for self-healing matrix composites, whose lifetime depends on the formation and residence time of a viscous plug in micrometric cracks.

Résumé

Ce travail présente dans diverses géométries, le comportement dynamique d’un fluide visqueux micrométrique (pont, film...), soumis à différents phénomènes. Certains physiques, tels que le mouillage, la tension de surface et d’autres mécaniques tels que les effets de centrifugations. Une approche par modélisation numérique a été entreprise grâce au logiciel Thétis de l’I2M permettant d’étudier l’influence de ces phénomènes par le suivi d’une interface liquide. Dans un premier temps, afin d’illustrer la capacité du modèle numérique et d’évaluer sa validité, le cas de la goutte posée sur un plan horizontal est présenté. Par la suite, nous nous intéresserons à l’étude de la mobilité d’un pont micrométrique soumis à une force de volume (la gravité), par une modélisation numérique dans un tube capillaire. Le posttraitement des résultats montre que les angles de contact statiques et dynamiques, sont simulés de façon satisfaisante. Enfin, une étude numérique de la formation d’un pont liquide due à la croissance et coalescence de deux microgouttes alimentées par un même fluide, avec un débit constant est entreprise. Le but étant de décrire les phénomènes de rupturecoalescence d’interface qui apparaissent lors du déplacement du pont visqueux en raison des effets antagonistes des forces de volumes, de la tension de surface et du mouillage.