Hydrodynamics at a solid-liquid interface : surface force apparatus experiments
and molecular dynamics simulations
Hydrodynamique à l'interface solide-liquide : étude par mesures
de forces de surfaces et simulations de dynamique moléculaire
Résumé
The nature of the hydrodynamic boundary condition of the flow of a simple liquid near
a wall is examined through experiment and simulation.
In the first part of this work, we have performed surface force experiments on various
systems. We have shown that the characteristics of the surface play a large role. We have
observed a slip boundary condition only when the liquid does not wet the solid.
The second part of the work addresses the combined effect of wetting properties and
surface roughness. This was done through molecular dynamics simulations. In particular we
have shown that slip of the fluid at the channel boundaries can be drastically increased by
using patterned surfaces. We have also studied the influence of a microscopic heterogeneous
boundary condition, on a macroscopic flow.
a wall is examined through experiment and simulation.
In the first part of this work, we have performed surface force experiments on various
systems. We have shown that the characteristics of the surface play a large role. We have
observed a slip boundary condition only when the liquid does not wet the solid.
The second part of the work addresses the combined effect of wetting properties and
surface roughness. This was done through molecular dynamics simulations. In particular we
have shown that slip of the fluid at the channel boundaries can be drastically increased by
using patterned surfaces. We have also studied the influence of a microscopic heterogeneous
boundary condition, on a macroscopic flow.
Ce travail a pour objectif d'étudier, de manière expérimentale et numérique, la condition
limite hydrodynamique pour les écoulements de liquides simples en présence d'une paroi
solide.
Dans une première partie nous avons étudié ce problème pour différents systèmes, à
l'aide d'une machine à forces de surfaces dynamique. Nous avons mis en évidence que l'état
des surfaces et la nature de l'interaction solide-liquide sont des paramètres déterminants
pour la condition limite hydrodynamique. Nous n'obtenons du glissement que dans le cas de
liquides non mouillants. Pour un fluide confiné entre des surfaces hydrophobes lisses, nous
montrons que l'écoulement est très bien décrit par une condition limite de glissement dont
la longueur caractéristique est indépendante du confinement et du taux de cisaillement.
Dans une deuxième partie nous nous sommes intéressés à étudier, par des simulations de
dynamique moléculaire, l'effet conjugué de la rugosité et de la mouillabilité sur la condition
limite. Nous avons montré que selon la pression et la forme de la rugosité, la présence
de cette dernière peut augmenter fortement le glissement ou au contraire le diminuer.
Enfin nous avons étudié l'influence
limite hydrodynamique pour les écoulements de liquides simples en présence d'une paroi
solide.
Dans une première partie nous avons étudié ce problème pour différents systèmes, à
l'aide d'une machine à forces de surfaces dynamique. Nous avons mis en évidence que l'état
des surfaces et la nature de l'interaction solide-liquide sont des paramètres déterminants
pour la condition limite hydrodynamique. Nous n'obtenons du glissement que dans le cas de
liquides non mouillants. Pour un fluide confiné entre des surfaces hydrophobes lisses, nous
montrons que l'écoulement est très bien décrit par une condition limite de glissement dont
la longueur caractéristique est indépendante du confinement et du taux de cisaillement.
Dans une deuxième partie nous nous sommes intéressés à étudier, par des simulations de
dynamique moléculaire, l'effet conjugué de la rugosité et de la mouillabilité sur la condition
limite. Nous avons montré que selon la pression et la forme de la rugosité, la présence
de cette dernière peut augmenter fortement le glissement ou au contraire le diminuer.
Enfin nous avons étudié l'influence