This thesis aims to describe the differences in grease behaviour caused by degradation. Observation of EHL contact and its surroundings is done using optical fluorescence, which allows to measure lubricant thickness even if it is discontinuous and air is present. New grease is observed, along with samples aged in bearings. One sample was worked for 1000 hours, which was the planned duration of the experiment. Two other samples were stopped prematurely after approx. 900 hours. Several possible age-related factors were examined and strong link between contamination and grease behaviour was found. In observed cases, contamination was identified to be the leading cause of lubricant shortage near EHL contact, which is one of possible bearing failure causes. The results expand existing knowledge about grease lubrication topic, but much further research is needed.

Given diploma thesis deals with the design and realization of a device whose purpose is to simulate real condition in the contact area of deep groove ball bearings. Direct observation of such area was then carried out. Initial part of the thesis addresses principles occurring in ball bearings, such as friction and lubrication and wear mechanisms. Several devices which are commonly used for bearing lubrication studies are then described at the work. Subsequently, author’s solution was introduced with the output of Ball-on-ring device. Ball-on-ring configuration is key feature due to its geometry since it enables to create identical conditions as those which occur in ball bearings such as contact pressure and velocities. Lubricant distribution by the contact area is analysed with fluorescent microscopy. Part of this thesis is a validation experiment and drawing documentation of the device.

The dissertation thesis deals with an experimental study of an elastohydrodynamic contact under insufficient lubricant supply. Theoretical studies published in this research area focus mainly on the development of theoretical models and there is an insufficient number of experimental studies which validate these models. There are two basic methods of starvation severity control in published theoretical models: by positioning of an inlet meniscus and by setting the thickness of an oil layer in the vicinity of contact inlet. The second method is more suitable when considering a wide range of operating conditions, however it is difficult to ensure experimentally. This thesis presents original experimental results and aims to describe the starvation severity level as a function of the inlet film thickness. Deeper understanding of fundamental processes in starved elastohydrodynamic contacts enables the development of more precise models, better ability of prediction of the starvation and improves the ability to avoid starvation in the early design process of key tribological components.

This dissertation is focused on experimental study of lubricant film behavior under transient conditions. For real machine parts such as gears, roller bearings and cam mechanism the operating conditions such as speed, load and radius of curvature of rubbing surfaces are vary during the working cycle. Change in operating conditions may pose an increased risk of the lubricating film breakdown. Direct contact of rubbing surfaces at the time of the lubricating film breakdown causes an increase in friction and wear. The high-speed CMOS camera was used to record the dynamic changes in lubricating film thickness during the experiment. The optical interferometry method has been used for reverse reconstruction of lubricating film thickness of the recorded interferograms. It was confirmed that the operating parameters have a major impact on the formation of lubricant film and its thickness and a certain combination of boundary conditions can cause lubricating film rupture. The obtained results showed, that modified topography of the rubbing surfaces can help to increase the lubrication film thickness especially in critical phases of working cycle.

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Additive manufacturing has grown considerably during the last couple of decades, whether it comes to the printing of metal structure or living cells. Additive manufacturing techniques relays on the successive addition of material to create the wanted structure. Among the diversity of these many printing techniques, electrohydrodynamic 3D-printing is of particular interest, as the technique has a promising outlook for high-resolution printing on the microscale. The technique is compatible with a myriad of thermoplastics, but its writing resolution is limited due to the inherent affect the manufacturing process has on the material. Electrostatic forces between already deposited fibres and the fibre in light affect the final position of printed fibre. This thesis evaluates the possibility to increase the writing resolution in melt electrohydrodynamic 3D printing by a closed-loop feedback system. Components were built and added to an already existing printing setup to implement in-situ measurements of the fibres position as well as active electrostatic guiding of the fibre. The setup consisted of a camera that determined the position of the fibre; the position was then used in a PID controller to calculate an appropriate potential. The potential was forwarded to a high voltage amplifier, connected to a steering electrode, mounted in the vicinity of the jet. The setup built for one-dimensional steering of the fibre improved the printing accuracy by ten times through suppressing the repulsive/attractive forces, where the process variable of the PID controller was measured. However, the precision decreased roughly four times as it was deposited on the substrate. The limitations of the system have been evaluated, and possible improvements for the two-dimensional control of the fibre are further discussed.

Cette thèse porte sur l'utilisation de champs électriques pour faciliter l'élimination de l'eau coproduite avec le pétrole brut, sous la forme d'émulsions stables, lors des étapes d'extraction et de dessalement. Ce procédé, connu sous le nom d'électrocoalescence, s'appuie sur la capacité qu'ont les forces électrostatiques à promouvoir l'attraction et la coalescence de gouttelettes d'eau proches afin d'en augmenter la taille et ainsi d'en accélérer la sédimentation par gravité. Bien que les premières observations expérimentales datent déjà d'un siècle, de nombreuses zones d'ombres subsistent, notamment en ce qui concerne l'optimisation de l'efficacité des électrocoalesceurs de dernière génération. Dans ce contexte, une démarche, combinant simulation numérique multiphysique et expérimentation, a été mise en place pour étudier les phénomènes de mouvement, de déformation et d'instabilité d'interfaces eau-huile induit par la présence d'un champ électrique. La contribution la plus marquante concerne la modélisation et l'analyse de l'effet des forces électrostatiques sur le mécanisme d'amincissement du film d'huile séparant les gouttes. Les résultats numériques mettent en évidence la singularité du problème et l'inadaptabilité des modèles théoriques de lubrification classiquement adoptées pour représenter la coalescence dans les écoulements diphasiques. Une nouvelle expression asymptotique pour le calcul du temps de drainage entre les gouttelettes de l'émulsion est proposée et utilisée pour déduire un critère prédisant la probabilité d'électrocoalescence lors d'une collision dans un écoulement cisaillé. En parallèle, un dispositif sophistiqué, permettant de reproduire expérimentalement le phénomène et d'améliorer la représentativité du critère, a été construit. Enfin, en réponse à un point bloquant décelé lors de la phase de conception de ce dernier, une technique innovante d'injection à la demande de gouttes conductrices non chargées dans un liquide visqueux isolant, utilisant des impulsions électrostatiques, a été développé.

The efficiency of an organic photovoltaic cell depends mainly on its morphology where an exciton has to migrate to a p-n junction to create a photocurrent. Therefore the distance from the bulk of the cell to a junction interface should not exceed the diffusion length of the exciton. In this thesis, two novel lithographical methods, to produce specific polymer morphologies, were developed and evaluated. In the first method, called embedded annealing, self-assembled polystyrene colloids were embedded in a polydimethylsiloxane (PDMS) film and annealed under an electric field to produce a bi-polymer structure consisting of polymer columns in a thin film of PDMS. Polymer colloids were successfully assembled into two dimensional hexagonally close packed arrays. However, the annealing process was unsuccessful. The second method, imprint annealing, aimed to increase the aspect ratio (height/width) of thermally imprinted micrometer sized polystyrene features by annealing them in uniform electric fields. The results showed that the aspect ratio of imprinted features can be significantly increased, 21-fold, while maintaining the periodicity of the original imprint. This is in contrast to previous results where smooth polymer films annealed in uniform fields where the periodicity of the resulting structures cannot be independently controlled, and are highly sensitive to the electrode spacing. Feature sizes down to 1 µm and aspect ratios up to 4.5 were achieved using imprint annealing. / Verkningsgraden hos en hos en solcell beror, för givna material, framförallt på dess uppbyggnad. För att bidra till fotoströmmen måste en genererad exciton vandra till en pn-övergång. På grund av detta bör det längsta avståndet till närmaste pn-övergång i solcellen inte vara längre än excitonens diffusionslängd. I detta examensarbete testas två olika litografiska metoder för att åstadkomma en specifik filmgeometri lämpad för organiska solceller. Den första metoden, kallad embedded annealing, går ut på att bädda in spontant ordnade sfäriska polystyrenkolloider i en polydimetylsiloxan (PDMS) -film för att sedan vid förhöjd temperatur applicera ett elektiskt fält över filmen. Förhoppningen var att på detta sätt töja ut kolloiderna till pelare genom PDMS-filmen. I det första steget ordnades kolloiderna sponant i tätpackade hexagonala tvådimensionella gitter på kiselsubstrat. Experimenten lyckades inte med hjälp av elektriska fält töja ut kolloiderna. Den andra metoden, imprint annealing, syftar till att öka höjd/bredd -förhållandet och minska diametern hos präglade polystyrenstrukturer. Dessa ursprungliga topografiska stukturer skapas med hjälp av en tryckpressmetod kallad nanoimprinting. Dessa strukturer värmdes upp, och ett uniformt elekrisk fält applicerades över dem. Mina resultat visar att man med elektriska fält avsevärt kan öka höjd-breddförhållandet hos polymerstrukturer och samtidigt bevara periodiciteten hos de ursprungliga strukturerna. Detta står i kontrast mot tidigare resultat på släta filmer, där periodiciteten inte kan kontrolleras oberonde av andra parametrar. Med imprint annealing ökades höjd-breddförhållandet hos enskilda strukturer upp till 21 gånger. Diametrar ner till 1 µm och höjd/breddförhållanden upp till 4,5 uppnåddes.

De nombreuses hypothèses sont classiquement utilisées pour décrire le comportement du fluide dans un contact lubrifié : film continu, viscosité constante dans l'épaisseur, film mince, fluide newtonien... Or, certaines s'avèrent erronées dès lors que l'on s'intéresse aux contacts Elasto- HydroDynamiques fortement glissants ou à la répartition du lubrifiant en sortie de contact. Une approche numérique originale, basée sur un retour aux équations de la mécanique des fluides générale et prenant en compte le couplage fluide/solide et les effets thermiques sont proposés ici dans le but d'apporter des éléments physiques supplémentaires aux modélisations usuelles. Dans un premier temps, l'influence des effets thermiques sur l'évolution du frottement dans les contacts Thermo-EHD est mise en évidence. La présence d'un minimum de frottement pour le cas du glissement pur est expliquée par l'analyse des transferts thermiques entre le lubrifiant et les solides. L'origine des modifications locales d'épaisseur de film observées et l'existence même d'une épaisseur de film lubrifiant pour les cas de vitesse d'entraînement nulle sont alors reliées à la présence d'un fort gradient de viscosité dans l'épaisseur de film. Une comparaison qualitative avec des éléments expérimentaux de la littérature est réalisée, validant les tendances obtenues. Dans un second temps, l'écoulement à surface libre du lubrifiant en périphérie du contact est étudié expérimentalement puis numériquement par une méthode à interface diffuse. Le rôle des effets capillaires est analysé et les résultats numériques confrontés à des résultats issus de la littérature. Un bon accord est obtenu tant qualitativement que quantitativement. Validé par l'étude numérique diphasique (air/lubrifiant) réalisée, un modèle analytique simplifié est alors développé, prédisant une loi de répartition du lubrifiant en sortie de contact. La zone de sortie des contacts EHD est ensuite traitée par un modèle de cavitation vaporeuse et la prise en compte nécessaire de l'air environnant est discutée. Enfin, une première modélisation tridimensionnelle de l'écoulement à surface libre du lubrifiant autour d'un contact ponctuel est réalisée mettant en avant l'influence des effets capillaires et la faisabilité d'une telle approche.

Cette thèse porte sur l'utilisation de champs électriques pour faciliter l'élimination de l'eau coproduite avec le pétrole brut, sous la forme d'émulsions stables, lors des étapes d'extraction et de dessalement. Ce procédé, connu sous le nom d'électrocoalescence, s'appuie sur la capacité qu'ont les forces électrostatiques à promouvoir l'attraction et la coalescence de gouttelettes d'eau proches afin d'en augmenter la taille et ainsi d'en accélérer la sédimentation par gravité. Bien que les premières observations expérimentales datent déjà d'un siècle, de nombreuses zones d'ombres subsistent, notamment en ce qui concerne l'optimisation de l'efficacité des électrocoalesceurs de dernière génération. Dans ce contexte, une démarche, combinant simulation numérique multi-physique et expérimentation, a été mise en place pour étudier les phénomènes de mouvement, de déformation et d'instabilité d'interfaces eau-huile induit par la présence d'un champ électrique. La contribution la plus marquante concerne la modélisation et l'analyse de l'effet des forces électrostatiques sur le mécanisme d'amincissement du film d'huile séparant les gouttes. Les résultats numériques mettent en évidence la singularité du problème et l'inadaptabilité des modèles théoriques de lubrification classiquement adoptés pour représenter la coalescence dans les écoulements diphasiques. Une nouvelle expression asymptotique pour le calcul du temps de drainage entre les gouttelettes de l'émulsion est proposée et utilisée pour déduire un critère prédisant la probabilité d'électrocoalescence lors d'une collision dans un écoulement cisaillé. En parallèle, un dispositif sophistiqué, permettant de reproduire expérimentalement le phénomène et d'améliorer la représentativité du critère, a été construit. Enfin, en réponse à un point bloquant décelé lors de la phase de conception de ce dernier, une technique innovante d'injection à la demande de gouttes conductrices non chargées dans un liquide visqueux isolant, utilisant des impulsions électrostatiques, a été développé.