The critical rupture thicknesses (H_C) of thin liquid films between air bubbles and solid surfaces have been measured using an optical interferometry technique. The results of the measurements show that H_C increases with the increasing hydrophobicity of a solid and varies inversely with the work of adhesion (W_A) of water on the solid. The relationship between H_C and W_A has, therefore, been used to estimate the values of H_C for the systems in which direct measurement is not possible. Thermodynamic calculations have been carried out for the bubble-particle adhesion process using the DLVO theory modified to include interaction energies due to structural forces. The calculations required knowledge of the values of various parameters such as, H_C, zeta potentials, and Hamaker constants for both bubbles and particles. The results of the calculations conducted on methylated silica and coal show that the thin film ruptures mainly due to the attractive structural force (i.e., hydrophobic interaction). For silica and mica immersed in dodecylamine hydrochloride solutions, the major driving force for film rupture is either the attractive electrostatic force or the hydrophobic interaction force, depending on the pH and the amine concentration. / Ph. D.

Die vorliegende Dissertation widmet sich im ersten Teil thematisch einem begrenzten Angebot an liquiden Vermögenswerten (z.B. Staatsanleihen, sichere Unternehmensanleihen, Geldmarktinstrumente, usw.) sowie Möglichkeiten dieses Angebot als auch die Nachfrage zu verändern. Dazu untersuchen die ersten beiden Aufsätze, die sich aus einer Angebotsänderung an liquiden Vermögenswerten ergebenden Konsequenzen für die Wirtschaftsleistung, die Zinsen und die Nachfrage nach liquiden Vermögenswerten. Insbesondere die Änderung der Preise bestimmter liquider Vermögenswerte, deren Preise einer sogenannten rationalen Blase entsprechen, sind für uns von Interesse. Für die weiteren Betrachtungen ist eine Unterteilung liquider Vermögenswerte in zwei Kategorien entscheidend, welche abhängig von den Emittenten des liquiden Vermögenswertes sind. Liquide Vermögenswerte fallen in die Kategorie „inside liquidity“, wenn der Emittent des Vermögenswertes aus dem Unternehmenssektor kommt. Liquide Vermögenswerte, deren Emittent außerhalb des Unternehmenssektors (z.B. Haushalte oder eine Regierung) liegt, fallen in die Kategorie „outside liquidity“. Mit Hilfe der beiden Kategorien lässt sich feststellen, dass Unternehmen beide Formen liquider Vermögenswerte halten können, da diese Vermögen kurzfristig in outside und inside liquidity investieren können. Es lässt sich zeigen, dass eine rationale Blase in einem liquiden Vermögenswert umso wahrscheinlicher ist, je knapper das Angebot an outside liquidity ist, wenn der Unternehmenssektor stark kreditbeschränkt ist und deshalb wenig inside liquidity emittiert. Im ersten Aufsatz untersuchen wir insbesondere die Möglichkeit, die begrenzte Pfändbarkeit von zukünftigen Erträgen durch die Entwicklung des Finanzsektors zu erhöhen und dadurch die Kreditbeschränkung zu verringern. Dadurch wird langfristig das Angebot an liquiden Vermögenswerten vergrößert. Im zweiten Aufsatz wird die Frage des Angebots an outside liquidity genauer untersucht, indem der Einfluss der Geldpolitik – d. h. der Festsetzung eines Leitzinses – auf die kurzfristigen Sparentscheidungen des Nicht-Unternehmenssektors untersucht wird. Im zweiten Aufsatz werden auch die Auswirkungen einer Politik des 'leaning against the wind' auf die Gesamtliquidität untersucht. Finanzielle Entwicklung mindert die asymmetrische Informationsverteilung, was zu höheren Investitionen und einem höheren Angebot an inside liquidity führt. Des Weiteren steigt das Nettovermögen des Unternehmenssektors als Folge finanzieller Entwicklung. Ein höheres Nettovermögen erhöht jedoch die Nachfrage nach liquiden Vermögenswerten, was ausreichen kann, um den Preis des Blasenvermögenswertes zu erhöhen. Insbesondere steigt der Preis des Blasenvermögenswertes, wenn die höhere Nachfrage nach liquiden Vermögenswerten das zusätzliche Angebots an inside liquidity überwiegt. Umgekehrt sinkt der Preis des Blasenvermögenswertes, wenn das zusätzliche Angebot an inside liquidity die höhere Nachfrage nach liquiden Vermögenswerten überwiegt. Daher können große Vermögenspreisblasen die Folge finanzieller Entwicklung sein, die durch einen großen Kapitalzufluss in den Finanzsektor gekennzeichnet ist. Schließlich bewirken strengere Kapitalvorschriften in einer Volkswirtschaft, die bereits eine Vermögenswertblase aufweist, einen Preisanstieg des Blasenvermögenswertes, da das Angebot an inside liquidity reduziert wird. Die Wirtschaftsakteure nutzen den Blasenvermögenswert als Ersatz für das verringerte Angebot an liquiden Vermögenswerten. Strengere Kapitalvorschriften können jedoch das Angebot an inside liquidity in einer Wirtschaft ohne Vermögenswertblase verringern oder erhöhen. Somit kann das Kreditangebot trotz strengerer Kapitalvorschriften steigen. Der zweite Aufsatz liefert drei Hauptergebnisse, die aus einer Impuls-Antwort-Analyse auf unvorhergesehene Schocks unseres linearisierten Modells gewonnen wurden. Erstens reduziert eine restriktive Geldpolitik in Form eines höheren Zinssatzes (Zinsschock) das Angebot an inside liquidity, da die Kosten für externe Finanzierung steigen und die Investitionen sinken. Außerdem implizieren niedrigere Investitionen eine geringere Produktion sowie niedrigere Einkommen für die Haushalte. Die Investitionen und Produktion sinken jedoch nur vorrübergehend und steigen danach wieder an. Das Angebot an outside liquidity folgt der Reaktion der Investitionen, d. h. da die Haushalte zunächst ärmer sind, verringern diese das Angebot an outside liquidity. Mit steigenden Investitionen beginnen diese jedoch, sich zu verschulden, um ihren Konsum zu finanzieren und erhöhen dadurch das Angebot an outside liquidity wieder. Dennoch geht die Nachfrage nach dem Blasenvermögenswert über den gesamten Transmissionszeitraum zurück, da die aggregierte Nachfrage nach liquiden Vermögenswerten durch outside liquidity befriedigt wird. Schließlich reagiert die Inflation wie erwartet und geht als Reaktion auf eine Zinserhöhung zurück. Zweitens ist eine Politik des „leaning against asset price bubbles“ (LAB) gegen einen positiven Preisschock des Blasenvermögenswertes wirksam, d.h. der Preis des Blasenvermögenswertes kann im Vergleich zu keiner politischen Reaktion gesenkt werden. Eine solche Politik erhöht zunächst den Realzinssatz als Reaktion auf den Inflationsdruck, der durch ein höheres Angebot an liquiden Vermögenswerten und eine höhere wirtschaftliche Aktivität entsteht. Durch den hohen Zinssatz werden das Angebot an inside liquidity und die Nachfrage nach dem Blasenvermögenswert auf einem niedrigeren Niveau stabilisiert als bei einer Politik ohne LAB. Dies geht jedoch auf Kosten einer höheren Inflationsvolatilität, da ein Anstieg des Preises des Blasenvermögenswertes die Inflation erhöht. Insbesondere sinkt der Preis des Blasenvermögenswertes langsamer, wenn die Zentralbank eine Politik des LAB verfolgt. Daher ist die Inflation persistenter. Der zweite Teil der Dissertation weicht im dritten und letzten Aufsatz schließlich vom Thema liquider Vermögenswerte und rationaler Blasen ab und widmet sich den Wechselwirkungen zwischen der Geldpolitik und makroprudenzieller Regulierung Zentralbanken müssen die Auswirkungen makroprudenzieller Instrumente auf die makroökonomische Stabilität bewerten, um ihren Auftrag zu erfüllen, Preisstabilität zu gewährleisten, welcher manchmal ergänzt wird durch ein hohes Beschäftigungsniveau und eine Null-Produktionslücke. Bei einer solchen Bewertung wird berücksichtigt, dass Unternehmen je nach ihrer Kapitalausstattung Zugang zu Bankfinanzierungen und Finanzmärkten haben. Somit beeinflussen die makroprudenziellen Instrumente die gesamtwirtschaftliche Aktivität direkt durch Veränderungen bei der Kreditvergabe durch Intermediäre und indirekt durch Veränderungen bei der Finanzierung durch die Finanzmärkte, die häufig ein Ersatz für die Bankfinanzierung ist. Die makroprudenziellen Maßnahmen, die wir untersuchen, umfassen eine sogenannte Leverage-Quote (Verschuldungsquote) in zwei verschiedenen Ausprägungen: eine konstante Verschuldungsquote und eine zeitvariable (antizyklische) Verschuldungsquote. Darüber hinaus untersuchen wir den Einfluss von Bankkrediten (indirekte Finanzierung) und Finanzmarktfinanzierung (direkte Finanzierung) auf die Durchführung der Geld- und makroprudenziellen Politik. Wir stellen fest, dass beide makroprudenziellen Regime die Durchführung der Geldpolitik nicht wesentlich beeinflussen, d.h. die Übertragung von monetären Schocks folgt weitgehend den früheren Ergebnissen der Konjunkturzyklusliteratur. Der Hauptunterschied zwischen dem antizyklischen und dem zeitkonstanten makroprudenziellen Regime besteht darin, dass im antizyklischen Regime aufgrund der eingeschränkten Kreditvergabe der Banken und der gesunkenen Direktfinanzierung der Kapitalstock weniger volatil reagiert. Dies hat jedoch keine großen Auswirkungen auf die Wirtschaftsleistung. Darüber hinaus geht ein geändertes, niedrigeres Ziel für die Verschuldungsquote mit einem geringen dauerhaften Produktionsverlust einher. Somit hat die makroprudenzielle Politik auch hier keine signifikanten Auswirkungen auf die makroökonomische Stabilität. Um den Einfluss der direkten und indirekten Finanzierung zu untersuchen, erhöhen wir den Anteil der direkten Finanzierung an der gesamten externen Finanzierung. Unser Modell mit einem höheren Anteil an direkter Finanzierung impliziert mehr Volatilität bei Investitionen, und indirekter Finanzierung. Darüber hinaus führt ein plötzlicher Rückgang (Schock) des Unternehmensertrags zu einer Rezession. Dies wirkt sich nachteilig auf das Eigenkapital der Unternehmen und die Aktivseite der Banken aus, was zu Eigenkapitalverlusten der Banken sowie einer geringeren Kreditvergabe führt. Folglich reduzieren die Unternehmen ihre Investitionen und die Produktion geht weiter zurück. Dieses Ergebnis ist unabhängig von der jeweiligen makroprudenziellen Politik und dem Ausmaß der Direktfinanzierung in der Wirtschaft. Allerdings kann die Tiefe der Rezession je nach makroprudenziellem Regime leicht abgemildert werden. Schließlich wird die gleichzeitige Durchführung einer expansiven Geldpolitik und einer restriktiven makroprudenziellen Politik von der Reaktion auf die Änderung des Geldmengenziels auf kurze Sicht dominiert. Die langfristige Reaktion wird jedoch durch das makroprudenzielle Ziel dominiert.:Essays on Rational Bubbles, Monetary Policy and Macroprudential Policy List of Figures List of Tables Chapter 1: Introduction Chapter 2: Development of the Financial Sector, Rational Bubbles, and Liquidity Chapter 3: The Effects of Monetary Policy and Leaning against the Wind on Bubble Assets and Liquidity Chapter 4: Monetary Policies with Direct and Indirect Financing: Implications for Macroeconomic Stability Bibliography Appendix A. Financial Development, Rational Bubbles and Liquidity Appendix B. Monetary Policy, LATW and Bubbles Appendic C. Monetary Policies with Direct and Indirect Financing Appendix D. Miscellaneous

Ce travail traite la problématique des bulles d’air contenues dans les pièces composites mises en œuvre par le procédé RTM. La modélisation des phénomènes de création, de compression et de transport de ce type de défauts est présentée. Notamment l’adoption d’un nouveau modèle de création des bulles d’air, de transport, et l’estimation des porosités à double échelle de pores ainsi que la saturation finale de la préforme sont données. / This work covers the problematic of air bubbles entrapped during manufacturing composite parts via the RTM process. Modeling creation, compression, and transport of this type of defaults is presented here. Likewise, a new approach of air bubble’s creation, transport modeling, simulation of porosities at dual scale of pores, and estimation of the final saturation of the preform are given.

Title: Filtre bubbles and facebook pages about climate crisis Author: Mgr. Kateřina Janovská Institute: Institute of Information Studies and Librarianship Supervisor: Mgr. Josef Šlerka, Ph.D. Abstract: The climate crisis is one of the biggest challenges society is facing today. And while its existence is subject to scientific consensus, it is a highly polarising issue among the public. The social network Facebook, which has become a platform for spreading misinformation and filter bubbles, has also played its part. This thesis analyses the potential risk of filter bubbles being created on Facebook pages that address the topic of climate change - with a focus on similar pages suggestions. It categorizes these pages according to their stance on the existence of anthropocentric climate change.

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η πρόβλεψη τόσο της κίνησης, αλληλεπίδρασης και παραμόρφωσης δύο φυσαλίδων λόγω μεταβολής της πίεσης στο περιβάλλον ιξώδες υγρό, όσο και της ανοδικής κίνησης μιας φυσαλίδας λόγω άνωσης σε ένα Νευτωνικό ή ιξωδοπλαστικό ρευστό. Για τη μοντελοποίηση των αλληλεπιδρώντων φυσαλίδων, αναπτύχθηκε μιας νέα ελλειπτική μεθόδος κατασκευής του υπολογιστικού πλέγματος προκειμένου να αντιμετωπιστούν επιτυχώς τα ιδιάζοντα σημεία (πόλοι) των φυσαλίδων και οι μεγάλες παραμορφώσεις των διεπιφανειών τους. Με τη μέθοδο αυτή η πύκνωση του πλέγματος περιορίζεται μόνο στις περιοχές που είναι αναγκαίο, μειώνοντας έτσι το υπολογιστικό κόστος και αυξάνοντας την ακρίβεια των υπολογισμών. Για την επίλυση των παρακάτω προβλημάτων χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος των μικτών πεπερασμένων στοιχείων κατά Galerkin. Στην περίπτωση των αλληλεπιδρώντων φυσαλίδων έχει εξετασθεί η επίδραση του σχετικού μεγέθους τους, της συχνότητας και του εύρους μεταβολής της επιβαλλόμενης πίεσης και πότε οδηγούν σε έλξη ή άπωση των φυσαλίδων. Στην περίπτωση ελκτικής δύναμης, ακολουθείται η κίνηση και η παραμόρφωσή τους μέχρι του σημείου που έρχονται σε επαφή, όπου αυτό είναι εφικτό. Για τη μελέτη του προβλήματος της φυσαλίδας που ανέρχεται λόγω άνωσης, υποθέτουμε αξονική συμμετρία και μόνιμη κατάσταση. Σύγκριση των προβλέψεών μας για το σχήμα των φυσαλίδων και το πεδίο ροής γύρω τους με προηγούμενα θεωρητικά και πειραματικά αποτελέσματα για Νευτωνικά ρευστά έδειξε άριστη συμφωνία. Στην περίπτωση του ιξωδοπλαστικού ρευστού εξετάστηκαν λεπτομερώς οι παραμορφώσεις των φυσαλίδων σαν συνάρτηση των αριθμών Bingham, Bond και Αρχιμήδη και υπολογίσθηκαν οι συνθήκες υπό τις οποίες είναι δυνατή η παγίδευση της φυσαλίδας μέσα σε αυτό. / The present study deals with the numerical simulation of the motion, interaction and deformation of two bubbles due to variation of the pressure of the ambient Newtonian fluid, and the buoyancy-driven rise of a bubble in a Newtonian or a viscoplastic fluid. A new elliptic mesh generation method is developed in order to deal with the singular points (poles) of the bubbles and the large deformations of their surface. This method permits us to increase the mesh resolution only in the regions that is necessary, decreasing thus the computational cost and increasing the precision of our calculations. The following problems are solved using the mixed finite element/Galerkin method. In the case of the interacting bubbles the effect of their relative size, the frequency and the width of the imposed pressure is examined as well as the conditions that lead in attraction or repulsion of the bubbles. In the case that attractive forces exist, the motion and the deformation of the bubbles followed up to the point that they come in contact, whenever this is possible. In order to study the problem of the bubble that rises due to buoyancy, axial symmetry and steady flow is assumed. Our results for the shape of the bubbles and the flow around them are in very good agreement with previous theoretical and experimental results for Newtonian fluids. The deformations of the bubbles rising in a viscoplastic material are also examined for various values of the Bingham, Bond and Archimedes numbers and the conditions under which entrapment of a bubble is possible are determined.

Le but de l’expérience décrite dans ce mémoire est d'arriver à inculquer inconsciemment aux sujets une stratégie visuelle leur permettant d'utiliser seulement une partie spécifique de l'information visuelle disponible dans le visage humain pour en reconnaître le genre. Normalement, le genre d’un visage est reconnu au moyen de certaines régions, comme la bouche et les yeux (Dupuis-Roy, Fortin, Fiset et Gosselin, 2009). La tâche accomplie par les sujets permettait un apprentissage perceptuel implicite qui se faisait par conditionnement opérant. Ces derniers étaient informés qu'un nombre de points leur serait attribué selon leur performance à la tâche. Au terme de l’entraînement, les sujets renforcés pour l’utilisation de l’oeil gauche utilisaient davantage l’oeil gauche que l’oeil droit et ceux renforcés pour l’utilisation de l’oeil droit utilisaient davantage l’oeil droit. Nous discuterons de potentielles applications cliniques de cette procédure de conditionnement. / The goal of the following experiment is to make subjects unconsciously learn a visual strategy allowing them to use only part of the available visual information from the human face to correctly identify the gender of a face. Normally, the gender of a face is recognized using certain regions, like those of the mouth and the eyes (Dupuis-Roy, Fortin, Fiset et Gosselin, 2009). Our participants had to accomplish an operant conditionning task. They were informed that a number of points would be given to them according to their performance. At the end of training, the subjects that were encouraged to use the left eye indeed used the left eye more than the right. Also, those that were conditionned to use the right eye used the right eye more than the left. We will discuss the potential clinical applications of this method of conditionning.

This is an experimental and theoretical study of a laminar separation bubble and the associated transition dynamics in its early stages. The separation of a laminar boundary layer from a solid surface is prevalent in very many flow situations such as over gas turbine blades (especially in the low-pressure turbine stage) and the wings of micro-aero-vehicles (MAVs) that operate at fairly low Reynolds numbers. Flow separation occurs in such cases due to the presence of an adverse pressure gradient. The separated shear layer becomes unstable due to the presence of an inflection point and presumably transitions to turbulence rapidly. Eventually, there is reattachment back to the solid surface further downstream, if conditions are right. The region enclosed by the shear layer is called a laminar separation bubble and has been a subject of many studies in the past. The present experiments have been conducted in a closed-circuit wind tunnel. A separation bubble was obtained on the upper surface of a flat plate by appropriately contouring the top wall of the tunnel. Four different techniques were used for qualitative and quantitative study viz. surface flow visualisation, smoke flow visualisation, surface pressure measurements and hotwire anemometry. Response of the bubble to both natural as well as artificial (impulsive excitation) disturbance environment has been studied. Linear stability analyses (both Orr-Sommerfeld and Rayleigh calculations), in the spatial framework, have been performed for the mean velocity profiles starting from an attached adverse pressure gradient boundary layer all the way up to the front portion of the separation bubble region (i.e. up to the end of the dead-air region where linear evolution of disturbances could be expected). The measured velocity profiles (both attached and separated) were fitted with analytical model profiles for doing stability calculations. A separation bubble consists of aspects of both wall-bounded and wall-free shear layers and therefore both viscous and inviscid mechanisms are expected to be at play. Most of the studies in the literature point to the inviscid instability associated with the shear layer to be the main mechanism. The main aim of the present work is to understand the exact origin of the primary instability mechanism responsible for the amplification of disturbances. We argue that at least up to the front portion of the bubble, the instability mechanism is due to the inflectional mode associated with the mean velocity profile. However, the seeds of this inviscid inflectional instability could be traced back to the attached boundary layer upstream of separation. In other words, the inviscid inflectional instability of the separated shear layer should be logically seen as an extension of the instability of the upstream attached adverse-pressure-gradient boundary layer. This modifies the traditional view that pegs the origin of the instability in a separation bubble to the free shear layer outside the bubble with its associated Kelvin-Helmholtz mechanism. Our contention is that only when the separated shear layer has moved considerably away from the wall (and this happens near the maximum height of the mean bubble) that a description by Kelvin-Helmholtz instability paradigm with its associated scaling principles could become relevant. We also propose a new scaling for the most amplified frequency for a wall-bounded shear layer in terms of the inflection point height and the vorticity thickness, and show its universality. Next, we theoretically investigate the role played by the re-circulating region of the separation bubble in the linear instability regime. In the re-circulating region near the wall, associated with the so-called wall mode, the production of disturbance kinetic energy is found to be negative. This is a very interesting observation which has been cursorily noted in earlier studies. Here we show that the near-wall negative production region exerts a stabilising influence on the downstream travelling disturbances. A theoretical support for such a mechanism to exist close to the wall is presented. It is shown that the stabilising wall-proximity effect is not a peripheral aspect but has a significant effect on the overall stability especially for the waves close to the upper neutral branch. We demonstrate the appropriateness of inviscid analysis for the stability of the separated flow velocity profile away from the wall, by comparing the numerical solutions of Rayleigh and Orr-Sommerfeld equations. Following this, the analytical consequences of the Rayleigh equation such as the inflection point criterion and the Fjortoft criterion are derived for the wall-bounded inflectional velocity profiles. Furthermore, we also discuss the relevance of the negative production region towards flow control and management for the wall-bounded flows. It appears fruitful to divide the separation bubble region into two parts with respect to the nature of disturbance dynamics: one outside the mean dividing streamline (which behaves as an amplifier) and the other inside the bubble corresponding to the re-circulating region (having oscillator type characteristics). To explore the oscillator-like behaviour of the bubble further, we have carried out spatio-temporal stability analysis of the reversed flow velocity profiles and determined the conditions for the onset of absolute instability. We contend that the presence of the negative production region for the upstream travelling waves has a restraining effect arresting the tendency of the flow (both wall-free and wall-bounded) to become absolutely unstable and thereby requiring a particular threshold of the backflow velocity to be crossed for its realisation. Moreover, the delay in the onset of absolute instability for a wall-bounded profile as compared to a free shear layer is attributed to a certain ‘negative-drag’ effect of the wall on the overall flow which increases the group velocities for the wall-bounded flows. A related theme in the literature regarding the dynamics of laminar separation bubbles is the so-called ‘bursting’ of the bubble wherein there is a sudden increase in the length and height of the bubble as some critical conditions are reached. Bubbles before bursting are termed as ‘short’ bubbles and those after bursting as ‘long’ bubbles. In this work, we provide a criterion to predict bursting which is a refinement over the existing criteria. The proposed criterion takes into account not just the length of the bubble but also the maximum height and it is shown to be more universal in differentiating short bubbles from the long ones, as compared to the other criteria. We also present a hypothesis regarding the sequence of events leading to bubble bursting by relating its onset to the instability of the re-circulating region. For this we observe that as the amount of backflow velocity is increased for a reversed flow velocity profile, the inflection point moves inside the mean dividing streamline and this happens before the onset of absolute instability. This causes a vorticity maximum to develop inside the re-circulating region which could lead to the instability of the closed streamlines with respect to two-dimensional cylindrical disturbances. The actual bursting process may be expected to involve non-linear interactions of the disturbances and the long bubble could be a nonlinearly saturated state of the instability of the re-circulating region. In order to explore the three-dimensionality associated with the bubble, extensive surface flow visualisation experiments have been performed. The surface streamline pattern is obtained for the entire span of the plate for three different freestream velocities. The patterns have been interpreted using topological ideas and various critical points have been identified. It is shown that the arrangement of critical points satisfies the ‘index theorem’ which is a topological necessity and the streamline patterns are ‘structurally stable’. An interesting observation from these patterns is the presence of three-dimensionality upstream of the separation line close to the wall even though the oncoming flow is nominally two-dimensional. Using the critical point theory, we propose a hypothesis which could be used to construct a semi-empirical model wherein the critical points are assigned with a quantity called ‘strength’ for determining the extent of upstream influence of a given separation line. Finally, we derive a necessary condition for the existence of inviscid spatial instability in plane parallel flows. It states that for spatial instability the curvature of the velocity profile should be positive in some region of the profile. This includes Rayleigh’s inflection point theorem (which was proposed and proved by Rayleigh for temporal instability) as a special case. It thus provides a rigorous basis for applying the inflection point criterion to the flows in the framework of spatial stability theory (which we have used extensively in the present thesis). Moreover, the condition derived here is more general as it also includes velocity profiles with the curvature positive everywhere which are excluded by Rayleigh’s theorem in the temporal framework. An example of such a profile is presented (Couette-Poiseuille flow with adverse pressure gradient) and it is shown that this flow is an exceptional case which is temporally stable but spatially unstable. Eigenvalue calculations as well as energy considerations suggest that the mechanism governing instability of this flow is inviscid and non-inflectional in character. This is a new result which could have important implications in understanding the instability dynamics of parallel flows.

Electrons are weakly attracted to liquid helium due to the small but finite polarizability of helium atoms. However, they cannot enter the liquid unless their energy is more than 1 eV, due to the Pauli exclusion principle. As a result, electrons are bound perpendicular to the surface but are free to move parallel to the surface i.e., they form a two-dimensional electron system (2DES). If the electron density of the 2DES is increased above a critical value ( 1013 per m2) the surface becomes un-stable leading to the formation of charged bubbles known as multielectron bubbles (MEBs). In MEBs the electrons are confined to the inner bubble surface and hence we have a 2DES on a curved surface. The critical density of electrons on the bulk surface is too low to study the quantum dominated phases of the 2DES. In contrast, due to the enormous surface defects and impurities, the electronic density of 2DES in semiconductors cannot be lowered below 1015 per m2, which is high enough such that the 2DES is always in a quantum liquid phase. Alternatively, the possibility of varying the electron density over a wide range and the effects of curvature implies that MEBs can be used to probe new phases of 2DES like Wigner crystallization with strong electron-ripplon coupling, quantum melting, superconductivity etc. In this thesis the experiments done on MEBs in liquid helium are described. In the initial experiments we generated MEBs which were observed to shrink in size. We saw a difference in their collapse behaviour: MEBs in super fluid helium though initially bigger in size collapse much faster than MEBs generated in normal fluid. The vapour present in the MEBs cannot condense fast in normal fluid due to the lower thermal conductivity. In subsequent experiments, we could trap these MEBs, generated in normal fluid and stabilised by their vapour content, in a linear Paul trap. We measured the charge and radius of these trapped MEBs by analysing their dynamics. Interestingly, the stably trapped MEBs were found not to lose charge as they shrink and disappear in hundreds of milliseconds, implying that the charge density inside increases at least two orders of magnitude from the initial value. MEBs so trapped can be used to study the properties of 2DES in the high electron density limit where the quantum confinement energy dominates. Later, we measured the charge of the MEB with respect to time when it was held on a solid substrate. We propose a charge loss mechanism as the tunneling of electrons across a thin lm of helium formed between the MEB and the substrate. We estimated the density of electrons on this thin lm by using a numerical model. We found that the maximum electron density (about a few 1015 per m2) which could be held on a thin lm is limited by tunneling. Moreover, the substrate surface roughness did not affect the charge loss due to the microscopic contact of MEBs with the substrate, resolving the complications in charge loss observed in previous experiments on macroscopic thin films on metallic substrates. Finally, we describe the experiments and the results on the stability of MEBs generated in super fluid helium. Highly charged MEBs (with more than 104 electrons which have an equilibrium radius that is easily visible) are found to be unstable against fission into smaller bubble showing a type of electro-hydrodynamic instability. However, the stability of bubbles with radius less than our detection limit ( 1 m) is still an open question.

The scope of this thesis is micromanipulation in liquid media. This scientific field aims at understanding the relevant phenomena existing during the manipulation in a liquid of microcomponents having a size between $1,micrometer$ and a few millimeters. This work focuses on the study of surface tension forces in immersed media, because they have favorable scaling effect. The main idea is to use gas bubbles as actuation mean in a liquid, and requires to study the mechanical properties of these bubbles. The originality of the approach is the combination of two effects: surface tension and gas compressibility. <p><p>The first step was the study of an efficient mean to generate a single bubble of predefined size. After a detailed review, it appeared that volume controlled bubble generation was a promising method. We have then developed a model to predict the size of a bubble, and emphasized the possible existence of a growing instability. An analytic dimensionless study allowed to define a criterion to predict the existence of this instability.<p><p>The second step aimed at the mechanical characterization in quasi static equilibrium of a gas bubble caught between two solids. The purpose is to predict the force generated by the bubble, together with its stiffness. The model implemented allowed to infer interesting properties, notably a high compliance whose value is controllable by fluidic parameters. This compliance property being very important during micromanipulation, a demonstrator making use of gas bubbles has been designed and manufactured. It consists in a compliant microtable actuated by three bubbles. This work opens the way to new actuation or sensing means, using the transduction between fluidic and mechanic energy operated by a capillary bridge.<p>/<p>Cette thèse a pour contexte la micromanipulation en milieu liquide. Cette thématique scientifique vise à comprendre les phénomènes qui interviennent lors de la manipulation dans un liquide de microcomposants, dont la taille peut varier entre $1,micrometer$ et quelques millimètres. Les travaux de cette thèse se sont focalisés sur l'étude des forces de tension de surface en milieu immergé, car elles bénéficient d'effets d'échelle favorables. L'idée poursuivie est d'utiliser des bulles de gaz comme un moyen d'actionnement dans les milieux liquides, et nécessite d'étudier les propriétés mécaniques de ces bulles. L'originalité de l'approche repose sur la combinaison de deux effets :la tension de surface et la compressibilité du gaz.<p><p>La première étape a été l'étude d'un moyen efficace pour générer une unique bulle de gaz de taille voulue. Après une analyse exhaustive, il est apparu que la génération de bulle par le contrôle en volume était une méthode prometteuse. Nous avons alors développé un modèle permettant de prédire la taille d'une bulle, et mis en évidence la possible existence d'une instabilité de la croissance de ces bulles. Une étude analytique adimensionnelle nous a permis de définir un critère pour prédire l'existence ou non de cette instabilité. <p><p>La seconde étape a porté sur la caractérisation mécanique en régime quasi statique d'une bulle de gaz en contact avec deux solides. Le but étant de prédire la force générée par une bulle de gaz sur les solides ainsi que sa raideur. Le modèle implémenté a permis de déduire des propriétés intéressantes des bulles de gaz, notamment une grande compliance dont la valeur peut être contrôlée par des paramètres fluidiques. Cette propriété de compliance étant très recherchée en micromanipulation, un démonstrateur exploitant les bulles de gaz a été conçu. Il s'agit d'une microtable compliante actionnée par trois bulles. Ces travaux ouvrent la voie vers de nouveaux modes d'actionnement ou de capteur utilisant la transduction entre une énergie fluidique et mécanique opérée par un ménisque capillaire. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

This Master’s thesis is dedicated to cavitation erosion of a material surface. First part of thesis describes basic principle of cavitation and its erosion consequences of solid objects. There are mentioned basic cavitation models used in CFD software. Second part incorporate concept design and numerical calculation of critical shape in reference to highest intensity of cavitation erosion at flow area. Last part of thesis is experimental and it is focused on cavitation erosion at flow area due to critical shapes from numerical calculation.