Conception, optimisation et étude de distributeurs et mélangeurs constructals

Design, optimization and investigation of constructal fluid distributor and mixer

• Auteur / Autrice : Zhiwei Fan
• Direction : Weikang Yuan, Lingai Luo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Chambéry
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'optimisation de la conception et ingénierie de l'environnement (Le-Bourget-du-Lac, Savoie)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrodynamique

Dynamique des fluides

Perte de charge

Théorie constructale

Mots clés libres

Distributeurs

Mélengeurs

Résumé

La conception d'un distributeur multi-échelle avec 16 canaux de sortie selon l'approche constructale. Une structure 2-D a été choisie grâce a sa compacité et la fabrication très facile. La performance de la distribution des fluides est évaluée par les essais hydrodynamiques pour déterminer la relation entre l'uniformité de la distribution et la configuration de la structure. La simulation et la comparaison des nouvelles configurations de distributeurs constructals sur l'uniformité de la distribution des fluides et la perte de charge. Les conseils de comment choisir la configuration la plus performante sont donnés, en se basant sur la comparaison et l'analyse des résultats numériques. L'intégration des distributeurs constructals dans un mini échangeur de chaleur pour réaliser une distribution uniforme. L'amélioration de la performance thermique par l'intégration des distributeurs constructals est évaluée quantitativement par les essais thermiques. L 'assemblage des distributeurs constructals dans des mélangeurs et l'évaluation de la capacité de mélange de deux liquides immiscibles par un système de l'extraction liquide-liquide. L'application des mélangeurs constructals pour le mélange-rapide des liquides miscibles et la détermination de la performance de micro-mélange avec système de réaction Villermaux/Dushman. Ceci est considéré comme le premier essai de l'application actuelle.

For the purpose of uniformly distributing the fluid into micro-scale structured channels, a 2-dimensional tree-like distributor with 16 outlets is constructed by combining three components. Through experimental investigation, the result indicate that this 2-D distributor can achieve uniform flow distribution and has good redistribution performance. The Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation is applied to investigate the effects of the distributor's configuration on the flow distribution performance and pressure drop. Process intensification of mini heat exchange system is achieved by the introduction of constructal distributors. The thermal performance of the heat exchange system, which is the integration of mini cross-flow heat exchanger and constructal distributor with 128 outlets, is intensified to an increase of 30% compared with that when the conventional pyramid distributors are used. A constructal mixer is designed and fabricated, which is the integrated devices of the elemental impinging streams mixing units or jet mixing units, and its mixing performance is investigated with heterogeneous and homogeneous liquid-liquid mixing. The excellent mixing performance and high throughput make the mixer promising for actual industrial application.