Ce travail est consacré à l’étude de la coalescence de gouttelettes liquides à l’échelle du
nanomètre. Nous nous sommes intéressés principalement à l’évolution du changement
topologique des gouttelettes à partir de la rupture des surfaces au moment du contact
initial jusqu’à la coalescence complète. Nous utilisons la dynamique moléculaire afin
de simuler plusieurs types de gouttelettes soit en utilisant le potentiel empirique de type
Stillinger-Weber pour des gouttelettes de silicium (l-Si) en 3 dimensions et le modèle
Embedded Atom Method pour des gouttelettes de cuivre liquide (l-Cu) en 2d, quasi-2d
(disques) et 3 dimensions.
Qualitativement, toutes les simulations démontrent une coalescence similaire indépendamment
de la dimension de calcul (2d à 3d), de la taille et de la température initiale
des gouttelettes. La coalescence évolue par une déformation rapide des surfaces sans
mixage important entre les atomes des deux gouttelettes initiales.
De plus, nous étudions l’évolution du col de coalescence formé lors du contact initial
entre les gouttelettes et, pour les systèmes en 3d, nous observons une transition claire
d’un régime visqueux vers un régime inertiel du rayon de ce col, tel que suggéré par des
modèles théoriques.
Pour les gouttelettes de cuivre nous observons exactement le comportement des prédictions
analytiques et confirmons que le premier régime suit un comportement visqueux
sans aplatissement local des gouttelettes. La situation est différente pour les gouttelettes
de l-Si où nous observons un effet plus grand, par rapport aux prédictions analytiques, du
rayon et de la température initiale des gouttelettes sur l’évolution du col de coalescence.
Nous suggérons que les paramètres décrivant l’évolution de la coalescence dépendent
des propriétés des matériaux utilisés contrairement à la théorie universelle couramment
utilisée. / In this work we studied the coalescence of liquid nanodroplets and more specifically
the topological deformation from their rupture at the initial contact to the full coalescence.
We used molecular dynamics to simulate various liquid droplets: 3 dimension liquid
silicon (l-Si) droplets using the Stillinger-Weber potential as well as 2d, quasi-2d (discs)
and 3d liquid copper (l-Cu) droplets using the Embedded Atom Model semi empirical
potential. All simulations showed similar qualitative coalescence independently of initial
size and temperature for 2d, quasi-2d and 3d systems: the topological deformation
evolved quickly without any important mixing taking place between atoms from both
droplets.
Furthermore, we studied the evolution of the radius of the liquid bridge formed between
the droplets and demonstrated that it is possible to observe, using molecular dynamics,
a transition from a viscous to inertial regime of this bridge, as suggested by
analytical models.
Studying the l-Cu droplets, we observe exactly the analytical predicted behavior of
the coalescence evolution and confirm that the initial regime follows a viscous driven
mechanism without any local flattening of the droplets. The results are different with
the l-Si droplets where we observe a greater effect, compared to analytical models, of
the initial droplets radius and temperature on the bridge evolution. This suggests that
the parameters describing the coalescence process are dependent of the properties of the
materials used in the coalescence instead of the present universal accepted models.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/5977 |
| Date | 10 1900 |
| Creators | Pothier, Jean-Christophe |
| Contributors | Lewis, Laurent J. |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse ou Mémoire numérique / Electronic Thesis or Dissertation |
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