Propriétés thermophysiques des nanofluides

Thermophysical Properties of Nanofluids

• Auteur / Autrice : Oscar Javier Gutierrez
• Direction : Samy Merabia, Ruben Santamaria
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 12/06/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1 en cotutelle avec Universidad nacional autónoma (Mexico)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Lumière Matière
• Jury : Président / Présidente : Raul Esquivel Sirvent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samy Merabia, Ruben Santamaria, Raul Esquivel Sirvent, José Reyes Alejandre Ramirez, Bladimir Ramos Alvarado, Francesco Banfi, Émilie Gaudry, José A. Moreno-Razo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : José Reyes Alejandre Ramirez, Bladimir Ramos Alvarado

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermodynamique

Dynamique moléculaire

Nanofluides

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanoscale

Transport Thermique

Dynamique Moléculaire,

Nanothermodynamique

Cavitation

Barostat

Nanofluides

Nanoparticules

Nanoscale

Thermal Transport

Molecular Dynamics

Nanothermodynamics

Cavitation

Barostat

Nanofluids

Nanoparticles

Résumé

On étudie la thermodynamique et le transport de chaleur dans les systèmes nanométriques. On propose une méthodologie pour un barostat pour des simulations de dynamique moléculaire. Nous étudions le transport de chaleur entre des nanoparticules métalliques et un milieu aqueux. Nous caractérisons le transport de chaleur interfacial entre des nanoparticules d'or immergées dans un milieu aqueux en utilisant principalement des simulations de dynamique moléculaire. Nous montrons qu'en réduisant la taille de la nanoparticule, le transport de chaleur interfacial est plus efficace. Nous effectuons une analyse de différents paramètres physiques afin d'expliquer ce comportement et montrons que: i) il y a une augmentation du nombre de voisins des atomes interfaciaux en diminuant la taille de la nanoparticule, ce qui fait diminuer l'énergie potentielle interfaciale par atome et facilite le transport thermique, et ii) il y a une exacerbation des modes normaux de vibration de basses fréquences des atomes dans l'interface facilitant le transport de chaleur. Nous étudions également le phénomène de cavitation autour de nanoparticules immergées dans l'eau. Nous montrons que les caractéristiques de la cavitation dépendent fortement du type d'humectation à l'interface nanoparticule-fluide. L'une d'entre elles est que la température minimale du fluide pour qu'il cavite dépend fortement du type d'humectation, ainsi que de facteurs tels que la géométrie et la taille de la nanoparticule.

Thermodynamics and heat transport in nanoscale systems are studied. A methodology for a barostat for molecular dynamics simulations is proposed. Heat transport between metallic nanoparticles and an aqueous medium is studied. Interfacial heat transport between gold nanoparticles immersed in an aqueous medium is characterized mainly using molecular dynamics simulations. We show that reducing the nanoparticle size increases interfacial heat transport efficiency. An analysis of different physical parameters is performed to explain this behavior, and we show that: i) the number of interfacial atom neighbors increases as the nanoparticle size decreases, which decreases the interfacial potential energy per atom and facilitates heat transport, and ii) there is an exacerbation of low-frequency normal vibration modes of atoms at the interface facilitating heat transport. The phenomenon of cavitation around nanoparticles immersed in water is also studied. We show that the characteristics of cavitation depend strongly on the wetting type at the nanoparticle-fluid interface. One of them is that the minimum temperature of the fluid for cavitation depends strongly on the wetting type, among other factors such as nanoparticle geometry and size.