Treffer: Establishment of a theoretical model for the collection of aerosols particles by raindrops : Explicit modeling of Stefan flow and the contribution of diffusiophoresis

The current understanding of droplet-particle interactions is studied in two ways, through experiments and through numerical simulations. In the case of the latter, there are currently limitations to study drop sizes where perfectly sphericity is maintained, and drops that present deformations are studied through experiences, however these results may present uncertainties in the measurements. Therefore, there is a need for new methods that can accurately capture the complex behavior of deformable droplets and their interactions with particles. In this study, we aim to contribute to this effort by investigating the dynamics of water droplets under different Reynolds numbers and analyzing their interaction with aerosol particles. To do so, an Eulerian approach to simulate the internal and external flows of the drop is coupled with a Lagrangian approach to simulate the transport of aerosols. The flows are simulated with Direct Numerical Simulation (DNS), by numerically solving the incompressible Navier-Stokes equations. The dynamics of the liquid/gas interface is tracked with a coupling of the Volume of Fluid (VOF) and Level Set methods (Vaudor et al. 2017). Aerosol transport is simulated by applying Newton's second law, considering drag force and Brownian motion (Mohaupt et al. 2011). We show that this approach, applied to drops presenting no oscillation, allows retrieving collection efficiencies published in the literature. The approach is then applied to drops presenting oscillations, and corresponding collection efficiency are obtained, which are then compared to the experimental findings of Quérel et al (2014).
La compréhension actuelle des interactions entre les gouttes et les particules est étudiée de deux manières, à travers des expériences et des simulations numériques. Dans le cas de ces derniers, il existe actuellement des limitations dans lesquelles sont étudiées les tailles de gouttes qui maintiennent parfaitement la sphéricité, et les gouttes qui présentent des déformations sont étudiées à travers des expériences, cependant ces résultats peuvent présenter des incertitudes dans les mesures. Il est donc nécessaire de mettre au point de nouvelles méthodes capables de saisir avec précision le comportement complexe des gouttes déformables et leurs interactions avec les particules. Dans cette étude, nous souhaitons contribuer à cet effort en étudiant la dynamique des gouttes d'eau sous différents nombres de Reynolds et en analysant leur interaction avec les particules d'aérosol. Pour ce faire, une approche eulérienne pour simuler les écoulements internes et externes de la goutte est couplée à une approche lagrangienne pour simuler le transport des aérosols. Les écoulements sont simulés par simulation numérique directe (DNS), en résolvant numériquement les équations incompressibles de Navier-Stokes. La dynamique de l'interface liquide/gaz est suivie avec un couplage des méthodes Volume of Fluid (VOF) et Level Set (Vaudor et al., 2017). Le transport des aérosols est simulé en appliquant la deuxième loi de Newton, en tenant compte de la force de traînée et du mouvement brownien (Mohaupt et al. 2011). Nous montrons que cette approche, appliquée à des gouttes ne présentant pas d'oscillation, permet de retrouver les efficacités de collecte publiées dans la littérature. L'approche est ensuite appliquée à des gouttes présentant des oscillations, et les efficacités de collecte correspondantes sont obtenues, puis comparées aux résultats expérimentaux de Quérel (2014).