Étude expérimentale des écoulements et des tranferts thermiques dans les microcanaux

par Omar Mokrani

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur. Transferts thermiques et énergétique

Sous la direction de Hassan Peerhossaini.

Soutenue en 2005

à Nantes , dans le cadre de École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes) , en partenariat avec École polytechnique de l'Université de Nantes (autre partenaire) .


  • Résumé

    Ce travail représente une étude expérimentale des écoulements et des transferts convectifs qu'ils engendrent dans des microcanaux droits. Ces derniers ont une section rectangulaire présentant un faible rapport de forme hauteur sur largeur. La présente étude a été consacrée d'abord à la conception, au dimensionnement et à la réalisation d'un dispositif expérimental permettant la caractérisation des écoulements et des transferts convectifs dans les meilleures conditions. Ce dispositif permet de plus de varier le diamètre hydraulique des microcanaux tout en gardant les autres paramètres inchangés. Les coefficients de frottement caractérisant les écoulements ont été estimés grâce à des mesures de pression réalisées directement à l'intérieur des microcanaux dans une zone où les écoulements sont dynamiquement établis. Les conditions thermiques pariétales à l'intérieur du microcanal étant inaccessibles à la mesure directe, leur estimation nécessite l'utilisation d'une méthode inverse. Cette dernière a été élaborée en utilisant l'algorithme de minimisation de Gauss-Newton. Les résultats dynamiques et thermiques que nous avons obtenus en variant les diamètres hydrauliques des microcanaux entre 1mm et 100µm n'ont révélé aucune déviation par rapport à la théorie ou aux corrélations empiriques. Ces résultats nous permettent de confirmer que les lois de convection et de mécanique des fluides demeurent applicables dans les microcanaux ayant un diamètre hydraulique supérieur ou égal 100µm. Cette valeur représente bien entendu la valeur limite de notre étude et probablement pas celle de validité des lois de convection et de mécanique des fluides.


  • Résumé

    This work presents an experimental study of fluid flow and convective heat transfer in straight microchannels. The latter has a rectangular cross-section presenting a high aspect ratio width over height. The present study was devoted initially to the design and the construction of an experimental device allowing the characterization of the flow and the convective heat transfer in the best conditions. This device makes it possible to vary the hydraulic diameter of the microchannels while keeping the other parameters unchanged. The friction coefficients characterizing the flow were estimated thanks to the measurements of pressure drop carried out directly inside the microchannels in a zone where the flow is hydrodynamically developed. The wall thermal conditions inside the microchannel being inaccessible to direct measurement, their estimate requires the use of an inverse method. The latter was elaborated by using the Gauss-Newton minimization algorithm. The thermal and the hydrodynamic results obtained by varying the hydraulic diameter of the microchannels between 1mm and 100µm did not reveal any deviation from the theory or the empirical correlations for large scale channels. These results allow us to confirm that the laws of continuum mechanics for convection and fluid mechanics remain valid in the microchannels having a hydraulic diameter higher or equal to 100µm. This value of course represents the limiting value of our study and probably not that of validity of the laws of continuum mechanics.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (141 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 134-141. Index

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  • Cote : TH 2120
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