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Marangonikonvektion ihre Auswirkung auf die Schmelze und den Kristall bei der Züchtung von Si, Ge und GeSi mit freien Schmelzzonen /Schweizer, Markus. Unknown Date (has links) (PDF)
Universiẗat, Diss., 2000--Freiburg (Breisgau).
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Parallel adaptive finite element methods for problems in natural convectionPeterson, John William, January 1900 (has links)
Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 2008. / Vita. Includes bibliographical references.
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Bubbles battling biofouling, dewetting dynamically, and persisting with volatilityMenesses, Mark 29 September 2019 (has links)
Bubbles are commonly found in the world around us, from industrial products to carbonated beverages. This thesis will discuss three processes involving of bubbles, from applications to fundamental phenomena.
In the first portion of this thesis, I describe the use of bubbles to prevent the formation of marine biofilms and other colonizing organisms onto built structures, collectively referred to as biofouling. Biofouling detrimentally affects the structures upon which they grow, increasing drag and fuel consumption of moving vessels, reducing performance of acoustic sensors, and enhancing degradation of static structures. With recent international bans placed on common biocidal coatings, there is a demand for environmentally friendly antifouling technologies with strong performance. Bubbles rising along a submerged surface have been shown to inhibit biofouling growth, but little work has been done to determine the primary mechanisms responsible for their antifouling behavior. In this thesis I discuss a combination of field and laboratory experiments as well as a theoretical approach used to gain insight into the dominant mechanisms at play, thus laying a foundation for optimization of this antifouling technique. We find that biofouling is inhibited by shear stresses generated throughout the flow, and the degree of biofouling prevention relates to the distribution of bubbles which locally alters the shear stress.
Inspired by the potential for direct interactions between bubbles and biofouling, the second topic of this thesis considers the process by which a bubble dewets, or "sticks to", a solid surface. As a bubble approaches a solid surface, the liquid between the gas and solid begins to drain until it resembles a thin film. Upon rupture of this thin film, the air dewets the surface as a contact line is formed and expands. Previous work regarding this contact line motion assumes viscous effects dominate the spreading dynamics while inertial effects are neglected. Studying the early-time dynamics of dewetting bubbles, we find viscosity to be negligible while inertia and capillarity govern the motion of a newly established contact line, suggesting early stages of dewetting are more rapid than anticipated.
In the final portion of this thesis, I discuss the fundamental stability of bubbles in volatile liquids. When a bubble arrives at a free surface, we typically expect the film of the bubble cap to thin over some period of time until it ruptures. Traditionally, the drainage of this film has been considered inevitable with evaporation only hastening the film rupture. Here I show air bubbles at the free surface of liquids which appear to defy traditional drainage rules and can avoid rupture, persisting for hours until dissolution. Using pure, volatile liquids free of any surfactants, we highlight and model a thermocapillary phenomenon in which liquid surrounding the bubble is continuously drawn into the bubble cap, effectively overpowering the drainage effects. / 2020-09-28T00:00:00Z
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Self-pulsations of a dichloromethane drop on a surfactant solution / Pulsations d'une goutte de dichloromethane sur une solution de tensioactifsWodlei, Florian 29 September 2017 (has links)
Le couplage entre processus physico-chimiques et le transfert de matière ou de chaleur peuvent donner lieu à des structures spatio-temporelles induites par des flux convectifs. Ces flux peuvent résulter de gradients de densité ou de tension superficielle et sont l'expression de la conversion d'énergie chimique en énergie mécanique. Quand la tension superficielle est à l'origine de ces mouvements, les effets correspondants sont connus sous le nom d'effet Marangoni. Ils jouent un rôle dans de nombreuses applications comme les procédés industriels d'extraction en amplifiant notablement la vitesse des processus de transfert. Les systèmes réels, trop complexes, doit être simplifiés par le développement de systèmes modèles afin d'établir au niveau fondamental la théorie sous-jacente à de telles dynamiques. Une succession de régimes dynamiques est observée lors de la dissolution d'une goutte de dichlorométhane (DCM) déposée sur une solution aqueuse de tensioactif (bromure de céthytriméthylammonium, CTAB). La succession remarquable de formes et de mouvements induits est déterminée par la concentration du tensioactif qui joue le rôle de paramètre de contrôle. A faible concentration en CTAB, un mouvement de translation ou des pulsations. Aux concentrations plus élevées, la goutte entre en rotation ou forme des structures polygonales. Bien que chimiquement simple, le système est complexe et implique plusieurs processus physico-chimiques : évaporation, solubilisation, transfert de tensioactifs, adsorption aux interfaces et agrégation. Les effets thermiques et de transport qui en résultent sont à l'origine des variations locales de tension interfaciale donnant lieu aux effets Marangoni. Nous nous sommes concentrés sur le comportement de la goutte quand la concentration en tensioactif conduit au régime de pulsation. Nous avons tout d'abord analysé le comportement de la goutte pendant la période d'induction qui précède le régime instable. L'analyse de la forme de la goutte corrélée à des mesures d'Imagerie par Vélocimétrie de Particules (PIV), ont montré que les flux créés par la dissolution du DCM limitent dans un premier temps l'adsorption du CTAB à l'interface eau/huile. L'instabilité ne démarre que lorsque la dissolution est réduite et que l'adsorption devient effective. La phase d'induction apparait comme une transition lente entre un coefficient d'étalement négatif (goutte ayant la forme d'une lentille) vers un coefficient d'étalement positif qui entraine l'expansion du film et les pulsations suivantes. Ces pulsations sont accompagnées par l'éjection de gouttelettes qui se forment à partir d'un bourrelet apparaissant au bord du film pendant la phase d'expansion. La rupture de ce bourrelet ressemble au phénomène connu sous le nom d'instabilité de Rayleigh-Plateau (RP). Cependant, la longueur d'onde caractéristique de formation des gouttelettes est deux fois plus faible que celle attendue dans le cas d'une instabilité de RP classique. L'origine de cet écart réside dans la modulation du bourrelet avant sa rupture. Cette modulation est en fait déterminée par des ondulations apparaissant à la surface du film et formant des rides en direction radiale. Ces rides pourraient être attribuées à un effet Marangoni thermique connu sous le nom d'instabilité de Bénard-Marangoni. Elles jouent également un rôle important dans la formation de la structure de démouillage hautement organisée décrite dans le dernier chapitre. L'ajout de CTAB dans la phase organique (goutte) donne lieu à des oscillations plus rapides qui, après une phase d'expansion de grande amplitude et l'éjection d'une couronne parfaite de gouttelettes, résultent lors de la phase de démouillage en une structure dont la forme rappelle une fleur. Une interprétation qualitative permettant d'identifier les principaux processus à l'œuvre et basée sur des mesures indépendantes de tension interfaciale apporte une explication des pulsations observées et de l'auto-organisation induite. / Far-from-equilibrium systems exhibit a wide variety of spatial and temporal patterns known as dissipative structures. The interplay between physico-chemical processes and mass or heat transfer can give rise to spatio-temporal structures induced by convective flows. These flows may result from density or surface tension gradients. They are the expression of the conversion from chemical into mechanical energy. When surface tension is the driving force, the corresponding effects are known as Marangoni effects. They are at play in numerous applications as extraction processes, oil recovery, and chemical reactors at all scales and noticeably modify transfer rates. The complexity of real systems deserves the development of model systems, essentials to settle, on a fundamental level, the theory governing the related dynamics. A succession of dynamical regimes is observed during the dissolution of a dichloromethane drop deposited on aqueous solutions of a cationic surfactant (cetyltrimethylammonium bromide, CTAB). The remarkable range of shapes and motion patterns that emerges is related to the surfactant concentration, which is used as a control parameter. For low surfactant concentrations, we observe translational motion and pulsations of the drop. At intermediate concentrations the drop transforms and starts to rotate. At higher concentrations polygonal shapes are observed. Although chemically simple and of easy implementation, the system is relatively complex and involves several processes: evaporation, solubilization, surfactant mass transfer, interfacial adsorption and self-aggregation. Thermal and transport effects induced are at the origin of local variations of interfacial tension leading to the Marangoni flows. In this thesis, we focused on the behavior of the dichloromethane drop when the aqueous surfactant concentration (0.5 mM) leads to the pulsating regime. At this concentration, we have first analyzed the behavior of the drop during the induction period that precedes the instable regime. Drop shape analysis, correlated to Particle Image Velocimetry (PIV) measurements, showed that dissolution flows initially hinder adsorption of CTAB at the water/oil interface. The instability is only triggered when dissolution is reduced and water/oil adsorption becomes effective. The induction period appears as a slow transition from an initial negative spreading coefficient (a lens shape drop) towards a positive spreading coefficient that triggers film expansion and following pulsations. These pulsations are accompanied by the ejection of smaller droplets which are formed from a toroidal rim that is created during the expanding phase of the drop. The break-up of this toroidal rim, resembles to what is known as the Rayleigh-Plateau (RP) instability. Nevertheless, the observed characteristic wavelength is a factor of 2 too small in respect to the classical RP instability. We have found the origin of this discrepancy in the fact that modulations that appear on the rim before it transforms into droplets are settled by deformations arising at the surface of the expanding film. They appear as wrinkles that form in the film and may be related to thermal Marangoni effects known as Benard-Marangoni instability. These wrinkles play an important part in the highly organized dewetting structure described in the last chapter of the thesis. The addition of CTAB also in the organic (drop) phase leads to faster pulsations which, after a very high amplitude expanding stage and the ejection of a perfect crown of droplets, result during the film receding stage in the formation of a pattern which symmetry is reminiscent of a flower. A qualitative interpretation aimed at identifying the main processes at play and based on independent surface tension data gives a consistent explanation of the observed pulsations and related self-organized patterns.
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About the role of physico-chemical properties and hydrodynamics on the progress of a precipitation reaction : the case of cerium oxalate particles produced during coalescence of drops / Du rôle de l'hydrodynamique et des propriétés physico-chimique sur l'avancement d'une réaction de précipitation : le cas de particules d'oxalate de cérium générées lors de la coalescence de gouttesJehannin, Marie 02 December 2015 (has links)
Réussir à contrôler la morphologie et la taille de particules solides obtenues par précipitation est un enjeu industriel majeur. C’est notamment le cas dans l’industrie nucléaire pour le recyclage du combustible usé. Les caractéristiques des précipités sont liées aux conditions de mélange des phases liquides dans les procédés. Les corrélations entre les paramètres physiques des particules obtenues et les conditions hydrodynamiques n’ont pas été examinées jusqu’à présent. Dans cette étude, des systèmes expérimentaux originaux, basés sur la coalescence de deux gouttes, sont utilisés afin de mieux comprendre les liens entre hydrodynamique et réaction de précipitation. Deux configurations de gouttes aqueuses ont été investiguées, la première consiste en deux gouttes posées à fort angle de contact (>90°) dans l’huile, il s’agit d’un système modèle pour les gouttes en émulsion, la second configuration correspond à deux gouttes posées à faible angle de contact (>25°) dans l’air. Dans chaque cas, une espèce réactive est dissoute dans chaque goutte, à savoir de l’acide oxalique ou du nitrate de cérium dans la seconde. Lorsque les deux gouttes se touchent, elles peuvent éventuellement coalescer, alors les espèces chimiques se mélangent et réagissent pour produire un précipité d’oxalate de cérium. Les caractéristiques de ce précipité et ses effets sur l’hydrodynamique sont examinés en fonction du solvant utilisé. De plus, dans le cas des gouttes posées sur une surface de silice dans l’air, une différence de tension de surface entre deux gouttes crée un gradient qui génère un flux de Marangoni dirigé de la goutte de faible tension de surface au-dessus de la goutte de forte tension de surface. En jouant sur la différence de tension de surface entre les deux gouttes, et ainsi sur le flux de Marangoni, il est possible de modifier les conditions hydrodynamiques lors de la coalescence des gouttes. Des mélanges eau/diols ont été utilisés comme solvant afin de pouvoir modifier la différence de tension de surface entre les liquides des deux gouttes indépendamment de leur concentration en réactif. Les diols utilisés, le 1,2-propanediol et le 1,3-propanediol sont des isomères, ils sont la même densité, des viscosités semblables mais des tensions de surface différentes. En fixant la fraction volumique d’eau dans le solvant, et en jouant sur les fractions volumiques de chaque diols, il est possible de contrôler la tension de surface des mélanges sur une gamme de 10 mN/m pour une concentration en réactifs donnée, et en conservant la densité et viscosité des solvants. Trois régimes de précipitation ont été identifiés dans le cas de la coalescence de gouttes d’eau/diols/réactifs en fonction de l’excès oxalique. Les motifs de précipitation en découlant ont été imagés par microscopie optique et les différents précipités ont été caractérisés à l’aide de microscopie confocale, MEB, DRX et SAXS. Le régime intermédiaire présente des motifs périodiques surprenants. Ces motifs correspondent à des domaines nettement délimités d’oxalate de cérium de différentes morphologies, à savoir des aiguilles et des « microflowers ». L’obtention de tels motifs peut s’expliquer par un mécanisme de rétroaction entre convection, réaction et diffusion. / The size and morphology control of precipitated solid particles is a major economic issue for numerous industries. For instance, it is interesting for the nuclear industry, concerning the recovery of radioactive species from used nuclear fuel. The precipitates features, which are a key parameter from the post-precipitate processing, depend on the process local mixing conditions. So far, the relationship between precipitation features and hydrodynamic conditions have not been investigated. In this study, a new experimental configuration consisting of coalescing drops is set to investigate the link between reactive crystallization and hydrodynamics. Two configurations of aqueous drops are examined. The first one corresponds to high contact angle drops (>90°) in oil, as a model system for flowing drops, the second one correspond to sessile drops in air with low contact angle (<25°). In both cases, one reactive is dissolved in each drop, namely oxalic acid and cerium nitrate. When both drops get into contact, they may coalesce; the dissolved species mix and react to produce insoluble cerium oxalate. The precipitates features and effect on hydrodynamics are investigated depending on the solvent. In the case of sessile drops in air, the surface tension difference between the drops generates a gradient which induces a Marangoni flow from the low surface tension drop over the high surface tension drop. By setting the surface tension difference between the two drops and thus the Marangoni flow, the hydrodynamics conditions during the drop coalescence could be modified. Diols/water mixtures are used as solvent, in order to fix the surface tension difference between the liquids of both drops regardless from the reactant concentration. More precisely, the used diols, 1,2-propanediol and 1,3-propanediol, are isomer with identical density and close viscosity. By keeping the water volume fraction constant and playing with the 1,2-propanediol and 1,3-propanediol volume fractions of the solvents, the mixtures surface tensions differ up to 10 mN/m for identical/constant reactant concentration, density and viscosity.Three precipitation behaviors were identified for the coalescence of water/diols/recatants drops depending on the oxalic excess. The corresponding precipitates patterns are visualized by optical microscopy and the precipitates are characterized by confocal microscopy SEM, XRD and SAXS measurements. In the intermediate oxalic excess regime, formation of periodic patterns can be observed. These patterns consist in alternating cerium oxalate precipitates with distinct morphologies, namely needles and “microflowers”. Such periodic fringes can be explained by a feedback mechanism between convection, reaction and the diffusion.
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Modélisation de films minces de fluides complexes et de colonies bactériennes / Thin-film modelling of complex fluids and bacterial coloniesTrinschek, Sarah Christine 28 March 2019 (has links)
Les bactéries se répandent aux interfaces en formant des colonies, qui peuvent être considérées comme des suspensions denses actives. L'objet de cette thèse est le développement et l'analyse de modèles simples pour élucider le rôle des phénomènes physico-chimiques et passifs - tels que l'osmose, la tension de surface et le mouillage - dans l'expansion des colonies bactériennes aux interfaces solide/air. Les modèles sont basés sur une description hydrodynamique des couches minces de suspensions liquides, qui est complété par des processus bioactifs.Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l'expansion osmotique des biofilms. Dans ce mécanisme, la bactérie sécrète une matrice polymérique qui agit comme un osmolyte et entraîne un afflux d'eau, riche en nutriments, du substrat humide vers le biofilm. Nous avons constaté que la mouillabilité du substrat est une des déterminantes principales de la vitesse d'expansion du biofilm. En-dessous d'une mouillabilité critique l'expansion s'interrompt, bien que la colonie soit biologiquement active. Cependant, une légère réduction de la tension de surface et une amélioration de la mouillabilité qui en résulte suffisent à induire un étalement continu. Les bactéries peuvent activement contrôler la tension de surface par la production de bio-surfactants.Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'expansion de colonies bactériennes aidée par des molécules biologiques tensioactives auto-produites. Dans ce mécanisme, des flux de Marangoni résultant d'une concentration non uniforme de molécules tensioactives aux bords de la colonie peuvent favoriser l'expansion coopérative et provoquer une instabilité de la forme axi-symétrique des colonies bactériennes. Notre modèle nous a permis de reproduire quatre modes de développement différentes, à savoir l'étalement arrêté et continu des colonies circulaires, l'étalement des colonies avec des bords légèrement modulées et la formation de doigts prononcés.Dans la dernière partie, nous avons fait un premier pas vers l'incorporation de la motilité actif des bactéries dans notre modèle et présentons donc un modèle phénoménologique pour un film mince active. / Bacteria colonise interfaces by the formation of dense aggregates. In this thesis, we develop and analyse simple models to clarify the role of passive physico-chemical forces and processes - such as osmosis, surface tension effects and wettability - in the spreading of bacterial colonies at solid-air interfaces. The models are based on a hydrodynamic description for thin films of liquid suspensions that is supplemented by bioactive processes.We first focus on the osmotic spreading mechanism of bacterial colonies that relies on the generation of osmotic pressure gradients. The bacteria secrete a polymeric matrix which acts as an osmolyte and triggers the influx of nutrient-rich water from the moist substrate into the colony. We find that wettability crucially affects the spreading dynamics. At low wettability, the lateral expansion of the colony is arrested, albeit the colony is biologically active. However, a small reduction of the surface tension and the resulting improvement of the wettability suffices to induce continuous spreading. This can, e.g., result from the production of bio-surfactants by the bacteria.Next, we study passive liquid films covered by insoluble surfactants before developing a model for the surfactant-driven spreading of bacterial colonies. In this spreading mechanism, Marangoni fluxes arising due to a non-uniform surfactant concentration at the edges of the colony drive cooperative spreading and may cause an instability of the circular colony shape. We find that variations in wettability and surfactant production suffice to reproduce four different types of colony growth, namely, arrested and continuous spreading of circular colonies, slightly modulated front lines and the formation of pronounced fingers.In the final part, we take a first step towards the incorporation of active collective bacterial motion in the employed thin-film framework and present a phenomenologically derived model for active polar films.
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Investigation of Nonwetting System Failure and System IntegrationNagy, Peter Takahiro 20 November 2006 (has links)
A droplet may be prevented from wetting a solid surface by the existence of a lubricating film of air, driven by theromcapillary convection, between liquid and solid surfaces. The noncontact nature and the load-carrying capability of a nonwetting droplet lead to potential engineering applications, e.g., low-friction bearings. The present research consists of two thrusts. The first is aimed at quantifying nonwetting-system failures (film and pinning) triggered by application of a mechanical load, gaining insights to failure mechanisms. Experimental results show that film failure occurs over a wide range of droplet volumes when the temperature difference between the droplet and the plate, the driving potential of the free-surface motion, is small. Interferometric observations reveal flow instability just prior to film failure, with the growth of a nonaxisymmetric disturbance on a free surface (m = 1). Pinning failure becomes more prevalent as the temperature difference is increased, stabilizing the film flow. As part of the present investigation, a system was devised, allowing an oscillating free-surface to be reconstructed from a series of interferograms. The dynamic responses of the free surface reveal mode coupling, with harmonics of the input frequency excited through nonlinearity.
The second thrust of the research succeeded in levitating and translating a droplet using the mechanism of permanent nonwetting. In this scheme, the droplet is heated by a CO2 laser and is placed above a cooled glass surface in order to drive the lubricating film that supports the weight of the drop. Furthermore, the position of the droplet can be controlled by moving the heating location, which leads to an asymmetry of the flow fields, driving air from the cooler-end of the droplet and propelling it towards the heat source. These demonstrations suggest the techniques potential use as a liquid-delivery scheme in a Lab-On-a-Chip system. Modeling is carried out to estimate propulsive forces on the droplet and to explain oscillatory behavior observed when excessive heating is applied on the drop. The concept to sandwich a droplet between two plates, a necessary configuration for levitating smaller droplets (less than mm-scale), is also discussed.
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Mise en oeuvre de méthodes optiques de vélocimétries 2D et 3D appliquées à l’étude de l’effet Marangoni autour d’une bulle unique / Using optical velocimetry methods applied to the study of the Marangoni effect around a single bubbleCarvalho, Victor 18 December 2014 (has links)
La convection de Marangoni est un phénomène hydrodynamique qui apparaît en présence d'un gradient de tension de surface le long d'une interface entre deux fluides non miscibles. Il est possible de voir apparaître cette convection, dans les échangeurs de chaleur avec changement de phase, autour des bulles de vapeur. Cependant, la convection de Marangoni a longtemps été négligée devant les autres phénomènes intervenant dans le transfert de chaleur. A l'ère de la miniaturisation, il devient impossible de négliger cette micro convection. Le but de la thèse est donc de caractériser la dynamique d'écoulement de la convection de Marangoni autour d'une bulle. La première partie présente la résultats 2D obtenus autour d'une bulle d'air en présence d'un gradient de température. Ce cas est plus simple à mettre en oeuvre et permet ainsi de se familiariser avec la convection de Marangoni. La seconde partie porte cette fois-ci sur l'étude bidimensionnelle de cette convection autour d'une bulle de vapeur. Les résultats ont montré que le phénomène devenait très rapidement tridimensionnel . La dernière partie présente donc une méthode de mesure optique 3D innovatrice qui permet de connaître la dynamique de l'écoulement dans les trois dimensions et les trois composantes. / The Marangoni convection is a phenomenon that appears in the presence of a tension surface gradient along an interface between two immiscible fluids. It is possible to observe that appear convection around vapor bubbles in the heat exchangers with the phase change. However, the Marangoni convection has been neglected to other phenomena involved in the heat transfer. In the age of miniaturization, it becomes impossible to overlook this micro convection. The aim of this thesis si to characterize the dynamics of Marangoni convection around a bubble. The first part deals with the 2D results around an air bubble in the presence of a temperature gradient. This case is easier to implement and allows having a better knowledge with the Marangoni convection. The second part focuses on the two-dimensional study of the convection around a vapor bubble The results showed that the phenomenon quickly became three-dimensional. The last section therefore presents a method for measuring optical innovative 3D3C.
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Amélioration de l'évaporation des gouttes à l'aide de nanoparticules et d'alcools / Enhancement of drops evaporation using nanoparticles and alcoholsChen, Pin 14 February 2018 (has links)
Au cours des dernières années, les exigences croissantes en matière de dissipation thermique à haut rendement pour la microélectronique, les engins spatiaux, les réacteurs nucléaires, etc., encouragent le développement d'échangeurs de chaleur de nouvelle génération. Le caloduc est l’un des équipements de refroidissement efficaces et potentiels. La plupart du transfert de masse et de chaleur se fait au niveau de la micro-région près de la ligne triple de contact (solide, liquide, vapeur), qui est essentielle à l'amélioration de la performance thermique du caloduc. Cette étude se concentre sur le processus d'évaporation de gouttes sessiles de deux nouveaux fluides de travail (solution binaire et nanofluide), qui possèdent une micro-région similaire à celle du caloduc. Le flux de Marangoni induit par le gradient de concentration et la conductivité thermique exceptionnelle devraient améliorer significativement le débit evaporé du mélange alcool-eau et du nanofluide de graphène, respectivement. Une combinaison de techniques acoustiques et infrarouges est développée pour suivre la variation de la concentration d'alcool pendant l'évaporation des gouttes des mélanges 1-butanol-eau et éthanol-eau. Selon l'observation du comportement d'évaporation à différentes températures du substrat, une série d'équations empiriques est suggérée pour prédire le taux d'évaporation de la solution binaire de 1-butanol-eau en considérant l'effet Marangoni thermal et solutal. De plus, l'effet de la PEGylation, de la concentration des nanoparticules et de la température du substrat sur l'évaporation de gouttes de graphène nanofluide est étudié par des méthodes microscopiques, optiques et infrarouges. Les résultats expérimentaux et l'analyse thermodynamique peuvent contribuer à la compréhension complète du mécanisme impliqué concernant les performances d'évaporation du nanofluide de graphène. / In recent years, increasing requirement in high efficient heat dissipation for micro-electronics, spacecraft, nuclear reactors etc., encourage the development of next generation heat exchanger. Heat pipe is one of potential effective cooling equipments and most of mass and heat transfer take place at micro-region near triple phase (solid, liquid, vapor) contact line of working fluid, which is essential to thermal performance improvement of heat pipe. This study focuses on the evaporation process of sessile droplets of two novel working fluids (binary solution and nanofluid), which possess similar micro-region to that in heat pipe. Concentration gradient induced Marangoni flow and exceptional thermal conductivity are expected to significantly enhance evaporation rate of alcohol-water mixture and graphene nanofluid, respectively. A combination of acoustic and infrared techniques is developed to track alcohol concentration variation during evaporation of 1-butanol and ethanol aqueous droplets. According to observation of evaporation behavior at different substrate temperature, a series of empirical equations is suggested to predict evaporation rate of 1-butanol-water binary solution droplet considering thermal and solutal Marangoni effect. In addition, the effect of PEGylation, nanoparticle concentration and substrate temperature on drop evaporation of graphene nanofluid are investigated by microscopic, optical and infrared methods. Experimental results and thermodynamic analysis can contribute to the full understanding of involved mechanism concerning evaporation performance of graphene nanofluid.
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Controle optique de microgouttesCordero, Maria Luisa 15 December 2009 (has links)
Un des plus importants objectifs de la microfluidique est le développement des laboratoires sur puce dont le but est de réaliser des microcanaux capables de contenir et d'automatiser des analyses biologiques et chimiques. Dans cette technologie, les gouttes constituent des microréacteurs mobiles, pouvant encapsuler les réactifs d'une analyse. Le succès des laboratoires sur puce bas'es sur les gouttes dépend du développement de techniques pour les manipuler. L'objectif de cette thèse est le développement d'une technique de manipulation de microgouttes avec un faisceau laser. En particulier, on utilise le chauffage produit par le laser pour modifier les écoulements en altérant localement les propriétés physiques des fluides. Dans le cas d'une goutte isolée, le chauffage induit un gradient de tension interfaciale, ce qui crée des écoulements thermocapillaires à l'intérieur et à l'extérieur de la goutte. Ces écoulements sont `a l'origine d'une force qui repousse la goutte du laser. Dans une première partie, cette thèse montre les mécanismes physiques derrière la création de cette force et l'utilise pour implémenter le tri ou la rétention des gouttes dans un écoulement externe. Dans une deuxième partie, les écoulements thermocapillaires sont modulés temporellement pour induire le mélange du contenu d'une goutte qui est tenue par le forçage laser. Le chauffage laser est finalement utilisé pour déclencher la déstabilisation d'un jet liquide dans une géométrie de ``co-flow''. Dans cette géométrie, un liquide est injecté à l'intérieur d'un liquide externe qui coule parallèlement. Le liquide interne forme un filet qui se case en gouttes de taille variée. Le laser, dont la puissance est modulée de manière sinusoïdale, est utilisé pour modifier la viscosité du liquide interne, ce qui induit une déstabilisation locale de l'écoulement. Ceci permet de contrôler la fréquence de formation des gouttes et en conséquence leur taille en fonction de la fréquence du laser.
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