Streaming acoustique autour des singularités : fondamentaux et applications en mélange

Acoustic streaming around a sharp edge : fundamentals and mixing applications

• Auteur / Autrice : Chuanyu Zhang
• Direction : Laurent Royon, Philippe Brunet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 29/09/2020
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire des Energies de Demain (Paris ; 2014-....) - Laboratoire Matière & Systèmes Complexes (Paris ; 2001-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Limat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Gallaire, Xiaofeng Guo
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Joelle Aubin, Pierre Thibault

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microcanaux

Interfaces liquide-liquide

Courant acoustique

Mots clés libres

Acoustofluidiques

Streaming Acoustique

Singularité

Micro-canal

Intensification du mélange

Acoustofluidics

Sharp Edge Acoustic Streaming

Microchannel

Mixing enhancement

Résumé

Le streaming acoustique peut être généré par un champ acoustique autour d’une singularité géométrique. Ce streaming à effet géométrique est quantitativement plus intense que le classique streaming de Rayleigh à énergie injectée égale et peut être généré à basse fréquence. Cette thèse,à travers ces quatre articles, étudie différents aspects de ce phénomène en allant d’interprétation fondamentale de son origine jusqu’à son application pour intensifier le mélange liquide-liquide grâce à l’écoulement induit par champs acoustique. Des approches numériques et expérimentales sont déployées pour résoudre ce phénomène multi-physique et en fournir les conditions optimales en termes de géométrie, de viscosité du fluide, des conditions d’écoulement et acoustiques.

This thesis presents studies of acoustic streaming in the vicinity of sharp structures in microchannels.Sharp Edge Acoustic Streaming (SEAS) is a steady flow induced by the coupling oflow-frequency acoustic wave and fluid around sharp edge. The four-paper thesis includes experimentaland numerical investigation on influence of the geometrical features, viscosity andfrequency on SEAS intensity and pattern, the interaction of SEAS with the throughput in the microchanneland its application in the mixing process. This research is motivated by the fact that the mechanism of the very strong streaming phenomenon with audible or lower acoustic is still not clear and its promising application in process intensification. Besides developing a Direct Numerical Simulation scheme for the fundamental study, some practical information on how to obtain strong streaming by optimal design sharp-edge geometries and operating condition adjustments are provided.