Dynamique de bulles traversant l’interface séparant deux liquides

Dynamics of bubbles crossing a liquid-liquid interface

¹ Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) DPAM/SEMIC/LIMSI, Cadarache, BP 3, 13115 Saint-Paul-Lez-Durance, France
² Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT), 1 allée du Pofesseur Camille Soula, 31400 Toulouse, France

^a Auteur pour correspondance : romain.bonhomme@imft.fr

Reçu : 29 Avril 2011
Accepté : 11 Mai 2011

Résumé

Nous étudions expérimentalement et numériquement la dynamique de bulles d’air isolées traversant l’interface initialement plane entre deux liquides newtoniens. Les liquides utilisés dans les expériences nous permettent d’obtenir des rapports de viscosité qui peuvent varier de deux ordres de grandeur entre les deux couches et dans une moindre mesure, de faire varier le contraste de densité et la tension interfaciale rencontrés par la bulle lors de la traversée de l’interface. Deux dispositifs d’injection différents sont utilisés afin d’obtenir des bulles dont les diamètres s’échelonnent typiquement entre 1 mm et 2 cm et dont les plus grosses adoptent une forme torique. Nous réalisons en parallèle des simulations numériques axisymétriques à l’aide de deux approches distinctes basées pour l’une sur un modèle de capture d’interface (de type VOF mais sans reconstruction d’interface), pour l’autre sur un modèle de Cahn-Hilliard couplé aux équations de Navier-Stokes.

Abstract

We investigate experimentally and computationally the passage of air bubbles through an initially flat horizontal interface separating two Newtonian liquids. We use various liquids in such a way that their viscosity ratio can vary by more than two orders of magnitude; the density contrast and the interfacial tension also vary to a certain extent. Two different injection systems are used and allow us to generate bubbles with diameters ranging typically from 1 mm to 2 cm, the biggest bubbles being toroidal. In parallel we carry out axisymmetric computations based on two distinct approaches, namely an interface capturing technique (a VOF approach without interface reconstruction) and a Cahn-Hilliard model coupled with the Navier-Stokes equations.