Ecoulements compressibles de gaz dans les microcanaux : effets de raréfaction, effets instationnaires

par Cécile Aubert

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Robert Caen.

Soutenue en 1999

à Toulouse 3 .

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  • Résumé

    Cette etude concerne les ecoulements compressibles de gaz dans les microcanaux. Pour des pressions et temperatures usuelles, le nombre de knudsen est compris entre 0. 001 et 0. 1. L'ecoulement est de type glissant et peut etre modelise par les equations de navier-stokes associees a des conditions de vitesse de glissement et de saut de temperature a la paroi, generalement exprimees par les equations du premier ordre de maxwell-smoluchowski. Dans une premiere partie, une analyse de l'etat de l'art sur les microsystemes a fluides et sur l'etablissement des conditions aux limites est presentee. Dans la seconde partie, l'influence des termes d'ordre 2 dans les conditions aux limites est etudiee. Les differents modeles fournis par la litterature sont compares dans le cas d'un ecoulement entre deux plans paralleles. On propose egalement une modelisation de l'ecoulement dans un microcanal de section rectangulaire prenant en compte les termes d'ordre 2. Enfin, la troisieme partie traite de la reponse frequentielle d'un microcanal de section rectangulaire : a l'amont d'un microcanal ferme a son extremite aval, on genere des fluctuations sinusoidales de pression et on analyse l'evolution frequentielle du rapport des amplitudes des signaux de pression sortie-entree et de leur dephasage. L'accent est porte sur l'influence des effets de rarefaction traduits par les conditions aux limites de maxwell-smoluchowski. On montre principalement que la non prise en compte du glissement a la paroi conduit a sous-estimer la bande passante et a surestimer le dephasage. Le modele est etendu a l'association de microcanaux montes en serie, en parallele et a des microcanaux de section rectangulaire lentement variable. On presente egalement une reduction de notre modele dans le but de disposer d'outils simplifies pour une approche systeme. Enfin, des premiers resultats experimentaux sont presentes. On etudie l'ecoulement pulse de l'air dans des microtubes de 100 a 50 micron de diametre. Sous des conditions de pression et de temperature usuelles, on se trouve a la limite du regime d'ecoulement glissant. Mais ces experiences nous permettent de valider le modele pour des canaux de dimensions transversales dix fois plus faibles que les dimensions minimales des microcanaux testes experimentalement et rapportees dans la litterature.


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Informations

  • Détails : 227 p.
  • Annexes : 163 ref.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 1999TOU30053
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