Dans le cadre de la modélisation et de l’expérimentation multi-échelles (projet LabEx MMCD pour les matériaux pour la construction durable) de l’Université Paris-Est Marne-la-Vallée, cette thèse de doctorat vise à modéliser et caractériser les micro-matériaux conçus par impact de gouttelettes de céramique fondue. Les applications de ces matériaux revétus de couches minces sont des traitements de surface pour la construction durable tels que la protection anti-corrosion, les barrières thermiques, le traitement du verre ou les renforts mécaniques. En particulier, nous nous concentrons sur la physique associée à la dynamique des gouttelettes liquides (l'aire de contact et le temps de contact entre la gouttelette et la surface) en effectuant une série de simulations numériques pour les écoulements diphasiques à petite échelle avec le code maison Thetis. Nous avons considéré des variations des conditions d'impact initiales ainsi que l’influence des forces d'inertie, capillaire et visqueuses sur la dynamique des gouttelettes. Nous nous sommes intéressés en particulier au diamètre d'étalement maximal, au temps d’étalement maximal et au temps de contact, sur des surfaces solides de mouillabilité variable. Le code est basé sur l’utilisation d’une méthode Volume-Of-Fluid. Il introduit une fonction auxiliaire régularisée pour estimer la courbure locale et la normale à l'interface. Les principaux liquides de référence adoptés sont l'eau et la céramique fondue, l'eau est choisie pour valider notre code en comparant les simulations aux résultats expérimentaux. La céramique fondue est adoptée car elle est largement utilisée en projection thermique pour créer des barrières thermiques et chimiques (couches anti-oxydantes) ainsi que des renforts mécaniques sur des échantillons spécifiques. Nous nous concentrons sur les cas où les surfaces sont hydrophobes, même si les cas hydrophiles sont également considérés dans les configurations de validation pour des raisons de généralité. Egalement, en introduisant une partie de calcul de l'énergie dans la thèse, une analyse énergétique détaillée de la gouttelette après l'impact est effectuée dans les phases d'étalement et de rétraction pour bien comprendre la dynamique à l'intérieur de la gouttelette. Nous trouvons que le temps de projection est inversement proportionnel à la vitesse d’impact, indépendamment de l’angle de contact lors de l’étalement au temps courts. Une nouvelle mise à l'échelle entre l'étalement maximal et le temps d'étalement est proposée. Celle-ci s'accorde très bien avec les résultats expérimentaux. Par ailleurs, nous introduisons cette mise à l’échelle dans une classe de modèle basée sur la conservation de l’énergie pour prédire l’étalement maximal adimensionné, ce qui permet de mieux prévoir l’étalement maximal adimensionné. Pour finir, une mise à l'échelle du temps de contact est proposée en termes de nombre d'Ohnesorge et de Reynolds / Under the framework of the LabEx Multi-Scale Modelling and Experimentation of Materials for Sustainable Construction, of Université Paris-Est Marne-La-Vallée, the present PhD thesis aims at modelling and characterizing micro-material designed by impact of molten ceramic droplets. The applications of thin coating materials are surface treatments for sustainable construction such as anti-corrosion, heat barrier, glass treatment or mechanical reinforcement of specific structures.In particular, we focus on the physics behind the liquid droplets' dynamics (the contact area and the contact time between the droplet and surface) by conducting a series of small scale multiphase flow numerical simulations with home-made code Thetis. All simulations are axisymmetric. We have considered variations of initial impact conditions, and studied the influence of inertial, capillary and viscous forces on the droplets' dynamics, especially the maximum spreading diameter, spreading time and the contact time, on solid surfaces. The code is based on Volume-Of-Fluid techniques and introduces an auxiliary smooth function to estimate the local curvature and the normal to the interface. The major reference liquid adopted are the water and the molten ceramic, the water is chosen to validate our code against available experiments at the beginning. The molten ceramic is adopted as it is widely used in thermal spray to built thermal and chemical barriers (anti-oxidant layers) as well as mechanical reinforcements on specific samples. We focus on the cases in which the surfaces are hydrophobic, even if hydrophilic cases are also considered in validation configurations for the sake of generality. Meanwhile, by introducing an energy calculation part in the code, a detailed energetic analysis of the droplet after impact is performed in both the spreading and retraction stage to have a deep understanding of the dynamics inside the droplet.We find the jetting time is inversely proportional to the impact velocity, independent of the contact angle in the early spreading. A new scaling between maximum spreading and spreading time is observed, and agrees well with experimental results. Further, we introduce this scaling into the model based on energy conservation to predict the maximum spreading factor, which provides better prediction on maximum spreading factor than existing literature references. Also a scaling of contact time is proposed in terms of Ohnesorge number and Reynolds number

Aufgrund fluiddynamischer Effekte bei der Schnellerwärmung für die Warmumformung wird die Applikation der Technologie erschwert. Die vorliegende Arbeit thematisiert diesen Effekt und evaluiert die Triebkräfte sowohl numerisch als auch im Experiment. Aufbauend darauf werden Vermeidungsstrategien aufgezeigt und experimentell validiert um eine Verschiebung der Beschichtung zu verhindern. Es können insbesondere die temperatursensitive Marangonikraft als auch die magnethydrodynamische Wirkung der Lorentzkraft bei einer induktiven Erwärmung als Haupttriebkräfte identifiziert werden, die sich aufgrund identischer Kraftvektorrichtungen überlagern und verstärken. Es hat sich gezeigt, dass für den vorliegenden Fall einer 20-30 μm dünnen AlSi-Beschichtung die Marangonikraft gegenüber der Lorentzkraft um einen Faktor von mindestens 68 überwiegt. Ein vergleichbarer Effekt ist auch bei konduktiver Erwärmung zu beobachten. Hinsichtlich möglicher Vermeidungsstrategien einer globalen Beschichtungsverschiebung bietet die Applikation von lokalen Flussbarrieren mittels Laser, Induktion oder Walztexturierung, sowie das Vermeiden einer freien Flüssigkeitsoberfläche durch Aufbringen einer Zusatzbeschichtung, das größte Potential. In der zweiten Versionierung der Dissertationsschrift wurde auf S. IV im Vorwort, sowie auf S.72, Kapitel 4.2 eine ergänzende Nennung eines Instituts und Kooperationspartners hinzugefügt. / The application of fast heating technologies for hot forming is hindered by fluiddynamic effects and a resulting coating shift. Present thesis investigates this effect to evaluate the driving forces numerically as well as experimentally. Based on this evaluation, strategies are developed and investigated to avoid a global displacement of the AlSi-coating. In case of inductive fast heating the main driving force is represented by a superposition of Lorentzian forces as well as surface tension related Marangoni forces with a force vector pointing from hot to cold regions on the blank. The numerical evaluation shows that in case of 20-30 μm thin layers of AlSi the Marangoni force is at least 68 times higher than the Lorentz force and therefore represents the main driving force. A comparable effect is observable in case of conduction heating. Local flow barriers realized by Laser, inductive heating or texturing as well as the avoidance of a free liquid-surface due to application of additional coating layers show huge potential to prevent a global coating flow.

Aufgrund fluiddynamischer Effekte bei der Schnellerwärmung für die Warmumformung wird die Applikation der Technologie erschwert. Die vorliegende Arbeit thematisiert diesen Effekt und evaluiert die Triebkräfte sowohl numerisch als auch im Experiment. Aufbauend darauf werden Vermeidungsstrategien aufgezeigt und experimentell validiert um eine Verschiebung der Beschichtung zu verhindern. Es können insbesondere die temperatursensitive Marangonikraft als auch die magnethydrodynamische Wirkung der Lorentzkraft bei einer induktiven Erwärmung als Haupttriebkräfte identifiziert werden, die sich aufgrund identischer Kraftvektorrichtungen überlagern und verstärken. Es hat sich gezeigt, dass für den vorliegenden Fall einer 20-30 μm dünnen AlSi-Beschichtung die Marangonikraft gegenüber der Lorentzkraft um einen Faktor von mindestens 68 überwiegt. Ein vergleichbarer Effekt ist auch bei konduktiver Erwärmung zu beobachten. Hinsichtlich möglicher Vermeidungsstrategien einer globalen Beschichtungsverschiebung bietet die Applikation von lokalen Flussbarrieren mittels Laser, Induktion oder Walztexturierung, sowie das Vermeiden einer freien Flüssigkeitsoberfläche durch Aufbringen einer Zusatzbeschichtung, das größte Potential. / The application of fast heating technologies for hot forming is hindered by fluiddynamic effects and a resulting coating shift. Present thesis investigates this effect to evaluate the driving forces numerically as well as experimentally. Based on this evaluation, strategies are developed and investigated to avoid a global displacement of the AlSi-coating. In case of inductive fast heating the main driving force is represented by a superposition of Lorentzian forces as well as surface tension related Marangoni forces with a force vector pointing from hot to cold regions on the blank. The numerical evaluation shows that in case of 20-30 μm thin layers of AlSi the Marangoni force is at least 68 times higher than the Lorentz force and therefore represents the main driving force. A comparable effect is observable in case of conduction heating. Local flow barriers realized by Laser, inductive heating or texturing as well as the avoidance of a free liquid-surface due to application of additional coating layers show huge potential to prevent a global coating flow.

This theses deals with flow of two immisible fluid in horizontal pipeline. First part teoretically describes immisible flow. What follows is experimental measurement in wich experimental track was adjusted for inlet of oil from the top. Water and corn germ oil were used as fluids. There were observed many modes of flow on the track. After that PIV was described and measured. PIV was done for measurement of values of velocity vectors. Simulation of one chosen mode was developed in the last chapter. This simulation was done in Ansys Fluent with help of VOF method. Simulation was done both in 3D and 2D pipeline. In the end these simulation were compared with experiment measurement and were critically evaluated.