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| PHYS0090-1 | Complex fluids and non-Newtonian flows
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| Durée : | 30h Th, 30h Pr |
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| Nombre de crédits : |
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| Nom du professeur : | Vincent Terrapon |
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Langue(s) du cours :
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| Langue anglaise |
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Organisation et évaluation :
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| Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier |
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Contenus du cours :
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| Ce cours est une introduction aux fluides complexes et aux écoulements non-Newtoniens.
De nombreux fluides dans les applications industrielles sont des mixture complexes. Ils démontrent souvent un comportement non-Newtoniens, c'est-à-dire que les contraintes subies par un élément macroscopique du fluide ne sont pas une fonction linéaire du taux de déformation. En particulier, leur viscosité peut dépendre du temps, ou des contraintes. Ces propriétés rhéologiques sont induites par les changements de la microstructure de ces fluides sous contraintes, et peuvent avoir un impacte profond sur les caractéristiques macroscopiques de l'écoulement.
L'objectif du cours est d'illustrer certains de ces effets, de démontrer la relation entre les changements de la microstructure et les propriétés macroscopiques de la rhéologie, et d'introduire certains modèles et outils d'analyse utilisés dans la pratique.
Le cours est divisé en deux parties.
La première partie couvre la description macroscopique de la rhéologie. Ceci inclut les thèmes suivants:
- Différents types de liquides complexes (suspensions, solutions, ...)
- Comportements macroscopiques (dépendence au temps, aux contraintes, ...)
- Viscoélasticité linéaire: modèles intégrals et différentiels (Maxwell, Jeffrey), fonction de mémoire, module de relaxation, stockage et dissipation de l'énergie, viscosité complexe
- Viscoélasticité non-linéaire: modèles intégrals et différentiels (Maxwell convectif, Jeffrey convectif, Maxwell convectif généralisé), autres modèles constitutifs, exemples d'écoulements simples
La deuxième partie se focalise sur la description microscopique de la rhéologie. L'objectif principal est de démontrer comment la dynamique microscopique de ces fluides complexes amène aux comportements macroscopiques. Ceci inclut les thèmes suivants:
- Suspensions diluées de sphères non-Browniennes et le concept de stresslet
- Suspensions diluées de fibres non-colloidales et le concept de conservation de probabilité, théorie des corps minces
- Mouvement Brownien et équation de Fokker-Planck, contraintes et couples Browniens
- Viscoélasticité linéaire de suspensions de fibres Browniennes et calcul des propriétés rhéologiques macroscopiques
- Solutions diluées de polymères, modèles linéaires et non-linéaires, équations constitutives, modèles avec modes internes de relaxation
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Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) du cours :
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| A la fin du cours, les étudiants devraient être capables de:
- Connaître les types principaux de fluides complexes
- Comprendre les comportements macroscopiques des écoulements non-Newtoniens
- Expliquer les différences entre la viscoélasticité linéaire et non-linéaire
- Comprendre le rôle du mouvement Brownien
- Expliquer la relation entre la dynamique microscopique et le comportement macroscopique
- Expliquer l'influence des paramètres clés sur la rhéologie du fluide
- Développer des équations constitutives à partir de modèles micro- ou mesoscopiques
- Appliquer la théorie de viscoélasticité linéaire pour caractériser le comportement de liquides complexes
- Utiliser des équations constitutives dans des simulations numériques d'écoulements non-Newtoniens
- Lire et comprendre les articles de la litérature traitant du sujet
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Prérequis et corequis / Modules de cours optionnels recommandés :
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| Connaissances de la méchanique des fluides (écoulements visqueux, analyse dimensionelle, ...), et de mathématiques (algèbre tensorielle, ...) |
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Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement :
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| La théorie discutée en classe est illustrée à l'aide d'exercices réguliers et d'un petit projet.
Les exercices ont le but de consolider la matière vue en classe, et sont donc cotés.
A petit projet à la fin du cours donne la possibilité aux étudiants d'étendre et d'appliquer leurs connaissances de la matière du cours. Le projet requiert soit l'analyse d'un ou plusieurs articles de la litérature sur un sujet qui n'est pas directement traité en classe ou le dévelopment d'un petit code de calcul pour simuler un modèle spécifique ou un phénomène intéressant. Le sujet exacte sera discuté avec l'instructeur.
Le projet sera jugé sur la base d'un rapport écrit et d'une présentation orale. |
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Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance) :
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| Le cours est normalement donné en classe. Les exercices et le projet sont faits individuellement et indépendamment par les étudiants.
Cependant, si le nombre d'étudiants inscrits est faible, le cours sera donné sous forme d'étude personnelle basée sur les notes de cours. Dans ce cas, une réunion hebdomadaire avec l'instructeur aura lieu pour discuter de la théorie et de exercices, et pour répondre aux questions concernant le cours. |
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Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours :
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| Des notes de cours sont distribuées électroniquement.
Lectures et manuels de référence recommandés:
- "The Structure and Rheology of Complex Fluids", R.G. Larson
- "Dynamics of Polymeric Liquids", R.B. Bird, R.C. Armstrong & O. Hassager
- "Stochastic Processes in Polymeric Fluids", H.C. Oettinger
- "The Theory of Polymer Dynamics", M. Doi & S.F. Edwards
- "Non-Newtonian Flow and Applied Rheology", R.P. Chhabra & J.F. Richardson
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Modalités d'évaluation et critères :
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| La cote finale du cours est basée sur
- Exercices individuels: 30%
- Rapport écrit du projet: 40%
- Présentation orale du projet: 30%
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Stage(s) :
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Remarques organisationnelles :
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| Le cours est donné en anglais |
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Contacts :
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| Prof. V. E. Terrapon
Tél.: +32(0)4 366 9268
E-mail: vincent.terrapon@ulg.ac.be
http://www.mtfc.ulg.ac.be/ |
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