Thèse soutenue

Développement d'un modèle de sèchage non-isotherme fondée sure experiences micro-fluidic

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Auteur / Autrice : Nicole Vorhauer
Direction : Marc PratEvangelos Tsotsas
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
Date : Soutenance le 18/09/2018
Etablissement(s) : Toulouse, INPT en cotutelle avec Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique des fluides de Toulouse (1930-....)
Jury : Président / Présidente : Franziska Scheffler
Examinateurs / Examinatrices : Marc Prat, Evangelos Tsotsas, Franziska Scheffler, Fabrice Golfier, Andreas Buck, Petra Forst
Rapporteurs / Rapporteuses : Fabrice Golfier, Andreas Buck

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Dans cette thèse, des simulations PN de séchage sont comparées à des données expérimentales obtenues dans le séchage d´un réseau de micro-fluidique 2D représentatif dans du SiO2 soumis à des conditions thermiques variables dans le but d’identifier les phénomènes physiques à l´échelle des pores qui sont les plus influents. A partir de cette étude, un PN efficace non-isotherme est développé. Ce modèle incorpore i) les phénomènes associés à la dépendendence en température de l´invasion à l´échelle des pores, c´est à dire l´invasion capillaire sous effet thermique et le flux de vapeur ainsi que ii) le transport secondaire induit par d´épais films liquides observé dans les expériences de microfluidique. Cette étude prouve clairement que le comportement macroscopique du séchage est fondamentalement dirigé par le gradient de température imposé sur le PN ainsi que par le transport capillaire secondaire. En accord avec la littérature, les schémas d´invasion que l´on trouve dans l´invasion percolatrice avec l´évaporation progressive d´amas individuels sont observés dans le séchage à variation de température locale négligeable;des gradients où la température diminue à partir de la surface (gradient de température négatif)peut stabiliser le front de séchage, qui évolue entre la phase gazeuse invasive et la phase liquide qui recule, alors qu´une température qui augmente à partir de la surface (gradient de température positif) amène à la déstabilisation de la phase liquide avec une percée prématurée de la branche gazeuse et l’initiation d´un deuxième front de séchage qui migre dans la direction opposé de celle du front de séchage original. Une attention particulière est prêtée aux régimes distincts que l´on trouve dans le second cas (gradient positif) parce qu´ils sont associés à différents procédés d´invasion à l´échelle des pores. Plus précisément, la dépendance en température de la tension de surface établit l´ordre d´invasion tant que la phase liquide est connectée au groupe liquide principal (que l´on trouve généralement pendant la première période de séchage). En revanche,l´étude détaillée des mécanismes de transfert de la vapeur met l´accent sur le fait que la diffusion de la vapeur à travers la région partiellement saturée peut contrôler les distributions des phases gazeuses et liquides à l´échelle des pores pendant la période de séchage lorsque la phase liquide est déconnectée en petits groupes. Cela est aussi lié à la croissance des amas induite par la condensation partielle de la vapeur. Cette thèse montre et discute en détail que cet effet ne dépend pas seulement de la direction et magnitude du gradient de température pour une distribution de tailles de pores donnée mais qu’en plus le taux d´évaporation influence le mécanisme de croissances des amas. Cela indique que la migration du liquide pendant la phase de séchage de milieux poreux peut être contrôlé par l’interaction des gradients thermiques et du taux de séchage. En somme, l´étude du séchage sous effet thermique des réseaux de pores 2D révèle des phénomènes complexes à l´échelle des pores, généralement aussi anticipés dans le séchage des milieux poreux réels. Cela mène au développement d´un modèle mathématique efficace au niveau des pores basés sur des découvertes expérimentales. Cette thèse démontre la manière dont ce modèle peut être appliqué afin de comprendre et développer des procédés de séchage modernes basés sur la simulation du transfert de masse sous effet thermique à l´échelle des pores