Analyse expérimentale et simulation numérique d’écoulements raréfiés de gaz simples et de mélanges gazeux dans les microcanaux

par Jeerasak Pitakarnnop

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Stéphane Colin et de Sandrine Geoffroy.

Soutenue en 2009

à Toulouse, INSA .


  • Résumé

    Ce travail porte sur l’étude analytique, numérique et expérimentale d’écoulements gazeux au sein de microcanaux dans des régimes de raréfaction modérée pour lesquels l’hypothèse d’équilibre thermodynamique local est mise en défaut. Un banc d’essai spécifique a été développé pour la mesure des microdébits gazeux, dans des conditions de température et de pression contrôlées. Les mesures de débit de gaz simples (Ar et He) et de leurs mélanges à travers des microcanaux de section rectangulaire sont confrontées à des modèles continus associés à des conditions aux limites de glissement d’ordre 2 pour le régime d’écoulement glissant et à des modèles cinétiques basés sur l’équation de Boltzmann linéarisée pour le régime de transition, avec un terme de collision modélisé par un modèle BGK pour les gaz purs et un modèle de McCormack pour les mélanges. Les limites de l’approche continue sont mises en évidence pour des nombres de Knudsen moyens supérieurs à 0,1. En revanche, les modèles cinétiques sont en très bon accord avec l’expérience sur les gaz simples pour toute la plage considérée, en supposant une accommodation parfaite à la paroi. Pour les mélanges de gaz dans les régimes les plus raréfiés, des écarts commencent à apparaître, pour lesquels des conclusions définitives nécessiteront des études complémentaires

  • Titre traduit

    Experimental analysis and numerical simulation of simple gases mixtures flows in microchannels


  • Résumé

    This thesis focuses on analytical, numerical and experimental investigations on moderate rarefied gas flows through microchannels, for which the local equilibrium assumption is no longer valid. A specific experimental setup has been developed for measuring gas microflowrates under controlled temperature and pressure conditions. The experimental flowrate data of monatomic gases (Ar and He) and their mixtures through rectangular microchannels are compared in the slip flow regime with data from continuum models associated with second-order boundary conditions, and in the transition regime with data from the linearized Boltzmann equation. The collision term of the Boltzmann equation is given by the BGK model for monatomic gases and by the McCormack model for gas mixtures. It is clearly pointed out that the validity of the continuum approach is limited to average Knudsen numbers less than 0. 1. On the other hand, the kinetic models show an excellent agreement with the experimental data for monatomic gases in the whole considered Knudsen range, assuming diffuse reflection at the wall. However, for the mixtures in higher rarefied regimes, deviations occur; further investigations will be required for more definitive conclusions

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (174 p.)
  • Annexes : Notes bibliogr.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009/978/PIT
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.