Etude de l'effet d'un champ électrique sur les propriétés et la cinétique de séchage d'une goutte pendante : nouvelle approche expérimentale

Investigating the effect of an electric field on the properties and kinetics of a drying pendant droplet : A new experimental approach

• Auteur / Autrice : Akaber Dokmak
• Direction : Maria Inês Ré, Patricia Arlabosse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique et transferts
• Date : Soutenance le 10/01/2025
• Etablissement(s) : Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés, de l'énergie et de l'environnement (Albi ; 2012-....) - Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés- de l'énergie et de l'environnement / RAPSODEE
• Jury : Président / Présidente : Claire Gaiani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maria Inês Ré, Patricia Arlabosse, Maarten Schutyser, Thomas Deleau, Audrey Maudhuit, Denis Poncelet, Eoin Murphy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claire Gaiani, Maarten Schutyser

Mots clés

Mots clés contrôlés

Champs électriques

Évaporation

Séchage

Gouttes

Mots clés libres

Goutte pendante chargée

Déformation

Cinétique de séchage

Flux évaporatoire

Charged pendant droplet

Deformation

Drying kinetics

Evaporative flux

Résumé

Le séchage assisté par champ électrique est une technique prometteuse pour la manipulation des produits thermosensibles, mais son étude à l'échelle de la goutte reste limitée en raison du manque de dispositifs expérimentaux adaptés. Cette étude présente un dispositif permettant d'analyser la déformation et le séchage de gouttes pendantes électriquement chargées de CuSO4.5H4O sous un champ électrique (0-800 kV/m) et à différentes concentrations en solides (0-25 % wt/wt). Les résultats montrent une réduction de la tension interfaciale pouvant atteindre 42 % avec l'intensité du champ. L'expansion de surface et la déformation sont également influencées. En séchage diffusif, le champ réduit initialement le taux d'évaporation et le flux évaporatoire des gouttes déformées avant qu'il n'augmente et se stabilise, tandis qu'en séchage convectif, l'expansion de surface réduit temporairement le flux avant stabilisation. Ces résultats apportent de nouvelles perspectives sur les effets électrohydrodynamiques lors du séchage à l'échelle de la goutte.

Electrically assisted drying is a promising technique for thermosensitive products, however its study at the droplet scale remains limited due to the lack of suitable experimental setups. This study introduces a novel device to analyze the deformation and drying of pendant electrically charged droplets of CuSO4.5H4O under an electric field (0-800 kV/m) and varying solid concentrations (0 - 25 wt/wt %). Results show up to a 42 % reduction in interfacial tension with increasing field intensity. Surface expansion and deformation are influenced by both field intensity and solid content. In terms of drying, results show that under diffusive drying, the field initially reduces the evaporative flux of highly deformed droplets before it increases and stabilizes, while in convective drying, surface expansion temporarily reduces the flux before stabilization. These findings provide new insights into electrohydrodynamic effects on droplet scale drying dynamics.