Etude des écoulements gazeux isothermes en microconduits : du régime hydrodynamiques au proche régime moléculaire libre

Etude of isothermal gas flows in microdevices : from the hydrodynamic to near free molecular regime

• Auteur / Autrice : Timothée Ewart
• Direction : Joseph Gilbert Méolans
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique. Énergétique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Ecole Polytechnique Universitaire (Marseille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gaz raréfiés, Dynamique des

Gaz -- Écoulement

Résumé

Cette these aborde le probleme de l'interaction gaz / paroi et des conditions aux limites en ecoulement de gaz rarefie. Ce travail de thèse porte sur l'etude experimentale, numerique et theorique des ecoulements isothermes dans les microtubes et les microcanaux pour différents gaz. Le volet proprement experimental porte sur la mesure des debits. Ce volet est complete d'abord par la mise en oeuvre d'une methode de Monte Carlo permettant d'atteindre le profil des vitesses dans des sections choisies. Ces resultats sont compares a ceux donnes par differentes approches theoriques et numeriques : approche NS continue en regime de glissement, approches cinetiques (Boltzmann linearise, BGK) en regime transitionnel ou en regime moleculaire libre. A travers ces comparaisons on determine notamment le domaine de validite du regime de glissement (premier et second ordre), des valeurs du coefficient d'accommodation de la composante tangentielle de la quantite de mouvement, les valeurs du coefficient du second ordre en regime de glissement ainsi que les grandeurs dont il depend. On analyse aussi le comportement asymptotique de l'ecoulement (debit) quand le nombre de Knudsen devient tres grand.

This Ph. D work involves experimental, numerical and theoretical studies on the isothermal ows in the microtubes and the microchannels using different gases. The experimental part is devoted to the measurements of the mass ow rates. It is completed by a numerical simulation based on the Monte Carlo method, that gives the velocity profile in a section of the microdivice. The results were compared to the following approaches : the NS equations in the slip regime and thevarious kinetic approaches (linearized Boltzmann equation, BGK) in the transitional and the free molecular regime. Comparing our experiments to these numerical or theoretical approaches , we determine the field of validity of the slip regime (using first and second order boundary conditions), the values of the tangential accommodation coefficient, the values of the coefficient of second orderand its parameter dependences. Finally, we analyze the asymptotic behavior of the mass ow rate in the free molecular regime.