Structure and non-linear dynamics of overflowing liquids
Structure et dynamique non-linéaire de liquides tombants
Résumé
A liquid overflowing from an overhang can exhibit complex dynamical behaviours, caused by both effects of free-surface and gravity. In our framework, we use wetting and viscous liquids under a constant feed. For weak flow-rates, we have drops, whereas at higher flow-rates, a pattern of liquid columns is observed. In the case of an overflowing circular dish, the pattern is one-dimensional and describes a circle. In this " fountain ", the columns may have collective motions: drifting domains, oscillations, spatio-temporal chaos. Chaos is associated to defects in the spatio-temporal structure (non-constant number of columns), which cause the system to be impredictible. At high flow-rates, liquid sheets are observed. Under an overflowing cylinder, a vertical liquid curtain is a convenient workbench for studying wakes, holes, and an original propagating instability looking like a chessbroad.
Un liquide ruisselant d?un surplomb solide peut présenter une dynamique complexe, associée à des effets conjugués de surface libre et de gravité. Notre cadre d?étude utilise des liquides appropriés (mouillants et visqueux) sous alimentation continue. Pour de faibles débits, le liquide ruisselle en gouttes, alors qu?à débit supérieur, il se forme un motif de colonnes liquides. Ce motif décrit un cercle, si le surplomb est une coupelle circulaire. Dans cette " fontaine ", les colonnes ont des mouvements collectifs : dérive par paquets, oscillations, chaos spatio-temporel. Le chaos se traduit par l?apparition de défauts dans la structure spatio-temporelle du motif (nombre de colonnes non-constant), qui engendrent l?imprédictibilité. A débit élevé, le liquide adopte la forme d?une nappe tombante. Le cas du rideau liquide formé à partir d?un cylindre débordant a permis l?étude de sillages et de trous dans la nappe, ainsi que d?une instabilité propagative se structurant en damier.
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