Comparaison de deux méthodes de Boltzmann sur réseau et modélisation préliminaire de l'impact de gouttelettes

La modélisation de l’impact de gouttelettes sur des surfaces solides est une première étape possible pour mieux comprendre le processus de solidification post-impact de gouttelettes, notamment pour l’eau sur les surfaces de véhicules volants. Le présent mémoire dévoile une étude comparative de deux modèles de la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) pour la simulation des écoulements bidimensionnels à deux phases. Deux modèles de la famille du gradient de couleur (CGM) sont étudiés. Les deux modèles diffèrent par leur traitement des fonctions de distribution : tandis que le modèle CGM I simule le transport de la masse volumique, le modèle CGM II met en avant le champ de couleur comme variable d’étude avant d’en déduire la masse volumique. Pour amorcer la comparaison numériquement, des simulations de vérification concernant des cas d’écoulements de type fluide-fluide ont été réalisées. En l’absence de conditions frontières complexes, les deux modèles CGM aboutissent à des comportements similaires pour des rapports de masses volumiques et de viscosités cinématiques faibles. Un léger avantage est observé pour le modèle CGM II en termes d’exactitude et de minimisation des courants parasites. En élevant ces rapports de propriétés physiques, le modèle CGM II montre une meilleure stabilité, en particulier pour un cas test instationnaire. Par la suite, une technique géométrique modélisant la mouillabilité a été implémentée. Les vérifications numériques ont démontré une exactitude adéquate des deux modèles pour l’imposition de l’angle de contact près de la zone fluide-solide. Ayant incorporé les conditions de mouillabilité, un cas test reproduisant un impact bidimensionnel d’une gouttelette sur une surface droite est simulé. Les deux modèles CGM présentent des comportements similaires du facteur d’étalement et de la vitesse de la gouttelette. La tendance suggérée dans la revue de littérature du diamètre d’étalement est reproduite à la suite de l’impact, mettant en évidence les moments cinématique, d’étalement, de relaxation, et d’équilibre. En augmentant le rapport de viscosités cinématiques puis celui de masses volumiques, le modèle CGM II engendre de meilleurs résultats, surtout pour des cas élevés du nombre de Weber. Le travail réalisé montre une meilleure aptitude du modèle CGM II à représenter un scénario physique d’impact d’une gouttelette d’eau.