Un lit de particules, par exemple le lit d'une rivière ou les dépots d'hy drates dans un pipeline, peut évoluer de différentes manières quand il est soumis à un écoulement de fluide. Nous étudions expérimentalement l'interaction fluide/particules dans la géométrie d'un tube. En faisant varier les paramètres expérimentaux, nous avons déterminé l'existence de cinq régimes différents : particules immobiles, mise en mouvement du lit plat, formation de dunes laminaires, formation de dunes à vortex et apparition de dunes sinueuses. Ce travail s'articule principalement en quatre parties. Après l'étude qualitative des différents régimes existant, nous avons montré que le lit de particules se met en mouvement quand les forces hydrodynamiques deviennent supérieures à une fraction du poids apparent des particules, c'est-à-dire pour un nombre de Shields critique constant sur une large gamme de Reynolds particulaire. Un modèle continu à deux phases, dans lequel nous avons utilisé une rhéologie de type frottement solide pour modéliser la contrainte solide, nous permet de déterminer le flux de particules et de prédire l'évolution expérimentale du lit plat. En réalisant une étude de stabilité linéaire dans laquelle le flux de particules obtenu est couplé avec l'écoulement de fluide sur un fond fixe, nous avons déterminé le seuil d'apparition des dunes laminaires. Ce seuil correspond à un nombre de Reynolds constant et présente un bon accord avec les résultats expérimentaux dans la limite du modèle. Les expériences et les modèles réalisés nous permettent de construire un diagramme de phase représentant les zones d'existence des différents régimes observés dans le tube.

Les normes d'émission de polluants concernant les véhicules poussent les constructeurs automobiles à s'intéresser à l'injection Diesel haute pression et au phénomène de cavitation qui y tient un rôle prépondérant. En ce domaine, la simulation numérique est un moyen d'investigation puissant et économique. Un modèle polyphasique homogène a été développé : il considère un mélange de carburant (constitué de liquide et/ou de vapeur) et de gaz. Il est basé sur une équation d'état construite par tabulation entre une loi barotrope pour le carburant et la loi des gaz parfaits pour le gaz. La validité de l'approche est testée sur un cas d'implosion de bulle et sur des cas 2D classiques d'injection. Des calculs 3D d'injecteurs réalistes mettent en évidence l'influence de la cavitation et des écoulements secondaires, à l'intérieur de l'orifice de l'injecteur, sur la déstabilisation du jet et l'atomisation primaire du coeur liquide.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Énergétique et transferts : Toulouse, INPT : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 109 réf.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique des fluides : Toulouse, INPT : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 114 réf.

Thèse de doctorat : Sciences physique et de l'ingénieur. Mécanique des fluides et mathématiques appliquées : Bordeaux 1 : 2009. Thèse de doctorat : Sciences physique et de l'ingénieur. Mécanique des fluides et mathématiques appliquées : Politecnico di Torino : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre.

Résumé: Les mécanismes de perfectionnement du transfert thermique des nanofluids sont encore peu clairs. Les études précédentes au sujet des nanofluids ont essayé de résoudre certains des nombreux défis au sujet de la performance thermique et hydrodynamique des nanofluides et de leurs propriétés ; toutefois il reste beaucoup de problèmes non résolus et questions sans réponse certaine. Par conséquent, plus d'études sont nécessaires, qui peuvent être expérimentales, numériques ou théoriques. Dans la présente étude, des nanofluides sont étudiés intensivement en utilisant des approches numériques et analytiques. La partie numérique se compose de trois chapitres et couvre un éventail de problèmes de transfert thermique, incluant; laminaire et turbulente, monophasique et diphasique, aussi bien que, convection mixte et convection forcée. Plusieurs concentrations volumétriques de nanoparticules et nombres de Reynolds sont considérés. Le deuxième chapitre est consacré à la convection laminaire mixte de nanofluide d'Al[indice inférieur 2]O[indice inférieur 3]-eau à l'intérieur d'un tube horizontal. Le flux uniforme de chaleur est appliqué au mur. Deux nombres de Reynolds et trois concentrations volumétriques de nanoparticules sont utilisés, et finalement les résultats numériques thermiques et hydrodynamiques de trois différents modèles diphasiques et du modèle monophasique sont comparés aux données expérimentales. On démontre que les résultats de ces différentes approches sont extrêmement différents. Pour un régime de convection laminaire mixte, les modèles diphasiques sont en meilleur accord avec des données expérimentales. Les résultats de modèles diphasiques sont proches mais loin des résultats du modèle monophasique. Le troisième chapitre évalue la sensibilité de la formulation laminaire sur des combinaisons choisies des expressions pour la conductivité et la viscosité des nanofluids. Deux expressions pour la conductivité et trois pour la viscosité sont choisis, ce qui donne six combinaisons. Ces choix s'avèrent avoir des effets très importants sur les résultats finals. Par conséquent, chaque étude numérique devrait d'abord justifier son choix des corrélations de viscosité-conductivité. En outre, une liste des modèles les plus importants pour la conductivité et la viscosité des nanofluids est recueillie et incluse dans ce chapitre. Le quatrième chapitre évalue les résultats du modèle monophasique et trois différents modèles diphasiques pour la convection forcée turbulente de nanofluide dans un tube horizontal. Le flux uniforme de la chaleur est appliqué au mur. Le modèle turbulent "Realizable k-[epsilon]" est employé, qui est un modèle à deux équations. Deux ensembles de données expérimentales pour différents nanofluides (Al[indice inférieur 2]O[indice inférieur 3]-eau et Cu-eau) sont employés, qui couvrent un éventail des concentrations volumétriques de nanoparticules et de nombres de Reynolds. L'exactitude monophasique des résultats est confirmée avec un choix approprié de combinaisons de conductivité-viscosité. Les résultats des différents modèles diphasiques sont proches; cependant, ils sont très loin des résultats monophasique [i.e. monophasiques] et des données expérimentales. Les modèles diphasiques ne pourraient pas satisfaire les données expérimentales pour le régime convection forcée turbulente de deux nanofluides différents par deux différentes études expérimentales, alors que l'approche monophasique le fait bien. Dans la partie analytique de l'étude, de nouveaux modèles pour la conductivité thermique des nanofluides et le nombre de Nusselt de l'écoulement autour des nanoparticules sont dérivés. Ces modèles tiennent compte de l'effet du mouvement Brownien, de la résistance thermique surfacique, du groupement des particules, de la distribution de taille de ces groupements et de la micro-convection aussi bien que de la concentration des particules, de la dimension particulaire et de la température. Le groupement des particules et la distribution de leur taille sont analysés à l'aide de la théorie fractale. Le modèle proposé pour la conductivité des nanofluides est comparé aux données expérimentales de plusieurs études pour cinq nanofluides différents et différentes concentrations volumétriques de nanoparticules. Ce modèle est également comparé à deux modèles semblables. II montre une très bonne concordance avec l'expérience et une meilleure performance comparé à ces modèles choisis.||Abstract: The mechanisms of nanofluids heat transfer enhancement are still unclear. Previous studies about nanofluids have tried to solve some of many challenges about the thermal and hydrodynamic performance of nanofluids and their properties; however still there are many problems unsolved and questions without a certain answer. Hence, more studies are necessary, which can be experimental, numerical and theoretical. In the present study, nanofluids are investigated intensively using numerical and analytical approaches. The numerical part consists of three chapters and covers a wide range of heat transfer problems, including; laminar and turbulent, single-phase and two-phase as well as mixed convection and forced convection flows. Several particle volume fractions and a large number of Reynolds numbers are considered. Chapter two is dedicated to laminar mixed convection flow of Al 2 O 3 -water nanofluid inside a horizontal tube. Uniform heat flux is applied at the wall. Two Reynolds numbers and three particle volume fractions are used, and finally the thermal and hydrodynamic numerical results from three different two-phase models and the single phase model are compared with experimental data. It is shown that the predictions of these different approaches are extremely different. For a laminar mixed convection flow, two-phase models are in better agreement with a given experimental data. The two-phase models predictions are close but far from single-phase. Chapter three evaluates the sensitivity of the laminar formulation on selected combinations of models for the conductivity and viscosity of nanofluids. Two models for the conductivity and three for the viscosity are chosen, which make six combinations. These choices are found to have very important effects on the final results. Therefore, every numerical study should first justify their choice of viscosity-conductivity correlations. Also, a list of the most important models for the conductivity and viscosity of nanofluids are gathered and included in this chapter. Chapter four evaluates the predictions of single-phase and three different two-phase models for turbulent forced convection inside a horizontal tube. Uniform heat flux is applied at the wall. Realizable k-[varepsilon] turbulent model is used, which is a two-equation model. Two sets of experimental data for different nanofluids (Al 2 O3 -water and Cu-water) are used, which cover a wide range of volume fractions and Reynolds numbers. The single-phase results accuracy is confirmed with an appropriate selection of conductivity-viscosity combination. The results from different two-phase models are found to be very close; however, they were too far from the single-phase predictions and the experimental data. Two-phase models could not satisfy the experimental data for turbulent forced convection flow of two different nanofluids from different experimental studies, while single-phase approach does it well. In the analytical part of the study, new models for the thermal conductivity of nanofluids and the Nusselt number of the flow around the nanoparticles are derived. These models take into account the effect of Brownian motion, interfacial thermal resistance, particles clustering, clusters size distribution and micro-convection as well as particles concentration, particles size and temperature. The clusters size and size distribution are analyzed based on the fractal theory. The proposed model for the conductivity of nanofluids is compared with experimental data from several studies for five different nanofluids and various magnitudes of volume fractions. This model is also compared with two similar models. It shows very good agreement with experiment and better performance compared to those selected models.[symboles non conformes]

La microfluidique est un domaine très vaste qui étudie les comportements de fluides à l'échelle micrométrique. Grâce aux progrès de la microfabrication, elle suscite un nombre croissant d'applications en biologie ou chimie, et même très récemment en optique. En effet, son utilisation pour réaliser des cristaux photoniques est attractive par rapport aux technologies standards : elle permet une fabrication collective avec des interfaces très lisses. Dans cette perspective, cette thèse propose d'utiliser la microfluidique diphasique pour la fabrication de réseaux stables de microbulles, et pour intégrer de façon simple des fonctionnalités optiques réelles. Nous présentons d'abord la formation de réseaux hexagonaux de microbulles monodisperses de période dans la gamme 5-100 µm, contrôlée par la géométrie et les conditions d'écoulement. La qualité de ces cristaux a été révélée par imagerie de diffraction. Un photopolymère, utilisé comme liquide porteur, a permis l'obtention de structures stables sur plusieurs mois. Nous avons développé une technologie verre-verre qui permet la fabrication de canaux adaptés aux applications optiques : transparents, rigides et chimiquement résistants. Pour démontrer les potentialités de nos systèmes, nous avons réalisé des cristaux de bulles incluant des défauts contrôlés (lacune d'une bulle ou d'une ligne de bulles), éléments clés pour la conception de guides d'ondes ou de résonateurs. Nous utilisons des plots qui excluent les bulles de zones choisies, par compétition entre tension interfaciale et forces hydrodynamiques. Nous avons développé et validé expérimentalement un modèle qui prédit l'efficacité de cette méthode. La génération des microbulles sur puce est prometteuse pour la photonique : elle permet l'auto-organisation des structures avec une rugosité extrêmement faible. L'obtention de périodes comparables à la longueur d'onde est encore nécessaire pour la réalisation de fonctions basées sur les cristaux photoniques. Notre app roche doit permettre cette réduction de taille, car les limites de diffraction inhérentes à la photolithographie interviennent seulement pour la fabrication des canaux et non lors de la formation des bulles. Ce travail constitue donc une nouvelle approche, optofluidique, à la réalisation d'un guide d'onde, un filtre ou un résonateur optique.

Le présent travail de thèse s'inscrit dans le cadre de la mise au point d'un nouveau procédé de fusion d'oxydes dans un four chauffé par induction. Le procédé étudié met en jeu des fortes interactions entre des phénomènes électromagnétique, thermique et hydrodynamique dans un milieu fluide aux propriétés physiques fortement dépendantes de la température. L'objectif de la thèse est de modéliser le procédé en couplant étroitement le chauffage par effet Joule, le brassage mécanique et la vidange du four. La modélisation de l'évolution temporelle de l'interface entre le verre et l'air lors de vidange du creuset froid a été réalisée. S'agissant de la méthodologie, nous avons choisi de coupler deux logiciels : Flux® pour le calcul électromagnétique et Fluent® pour la thermo-hydraulique. L'évolution de la surface libre a été traitée par la méthode multiphasique " Volume-Of-Fluid - VOF ", et l'agitation mécanique par les modèles " Moving Reference Frame " et " Sliding Mesh ". Nous avons d'abord considéré la vidange sans agitation mécanique d'une cuve remplie d'une huile silicone de haute viscosité. Ce modèle initial prend en compte des études de similitude hydraulique entre l'huile silicone et le verre. Puis nous avons superposé l'écoulement forcé crée par un agitateur mécanique et les phénomènes électromagnétique et thermique afin modéliser l'écoulement du bain de verre fondu. Le modèle final permet de fournir de diverses grandeurs, notamment des estimations pour le temps de vidange, le flux thermique et l'évolution temporelle du débit massique et de la température dans le four.

Thèse (M.Eng.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2007. / La p. de t. porte en outre: Mémoire présenté à l'Université du Québec à Chicoutimi comme exigence partielle de la maîtrise en ingénierie. CaQCU Bibliogr.: f. 184-186. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Th. doct.-ing.--Toulouse, I.N.P., 1977. N°: 4.