Multiphysical modeling of the different steps of an electro-pneumo-hydrodynamical atomization device : From generation to nebulization
Modélisation multiphysique de différentes phases de l'électro-aérospray : de la génération à l'atomisation
Résumé
In order to fight against food allergies, the pharmaceutical company DBV Technologies offers an epicutaneous patch for effective treatment, the Viaskin ® platform.To consider new ways of producing this patch, we studied in this thesis the aerospray (AS) process.For this, we have developed numerical models of the different spatial parts of the AS.First, we study the cone of liquid formed at the nozzle exit of AS. The two-phase approach is processed using the so-called diffuse interface phase field method, in which the Cahn-Hilliard equation governs the interface functional.Two main regimes are identified: the Stationary Dynamic flow regime, where the liquid cone is stable, and the Transient regime, where its motion is periodic.In this second regime, the results of the model showed a discontinuous evolution of the oscillation period of the cone as a function of the liquid flow. We have correlated this phenomenon with capillary oscillations of the cone, and successfully compared the results of the numerical simulations to the experimental results.In a second time, the fragmentation of the liquid jet produced by the cone is studied numerically, and compared to the results of linear stability analyzes produced in the literature. The proposed model is a method using a mobile mesh, with a net interface.We have shown that the size of droplets produced varies little according to the applied gas pressure.All of this work improves the understanding of the physical phenomena underlying the AS, and to select from an industrial point of view the optimal modes of operation.
Afin de lutter contre les allergies alimentaires, la société pharmaceutique DBV Technologies propose un patch épicutané permettant un traitement efficace, la plateforme Viaskin ®.Pour envisager de nouveaux moyens de production de ce patch, nous avons étudié dans cette thèse le procédé d'aérospray (AS).Pour cela, nous avons développé des modèles numériques des différentes parties spatiales de l'AS.Dans un premier temps, nous étudions le cône de liquide formé à la sortie de buse d'AS. L'approche diphasique est traitée à l'aide de la méthode de champ de phase (dite à interface diffuse), dans laquelle l'équation de Cahn-Hilliard gouverne la fonctionnelle d'interface.Deux régimes principaux sont identifiés : le régime Stationnaire Dynamique, où le cône de liquide est stable, et le régime Transitoire, où sa dynamique est périodique.Dans ce second régime, les résultats du modèle ont montré une évolution discontinue de la période d'oscillation du cône en fonction du débit liquide. Nous avons corrélé ce phénomène avec des oscillations capillaires du cône, et comparé avec succès les résultats des simulations numériques aux résultats expérimentaux.Dans un second temps, la fragmentation du jet de liquide produit par le cône est étudiée numériquement, et comparée aux résultats d'analyses de stabilité linéaire produites dans la littérature. Le modèle proposé est une méthode utilisant un maillage mobile, à interface nette.Nous avons montré que la taille des gouttelettes produites variait peu en fonction de la pression de gaz appliquée.L'ensemble des travaux permet de comprendre les phénomènes physiques sous-jacents à l'AS, et à sélectionner dans une optique industrielle les modes optimaux de fonctionnement.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)