Intensification des transferts thermiques par instabilités thermo-convectives en régime de convection pour des fluides complexes.

Intensification of heat transfer by thermo-convective instabilities in the convective regime for complex fluids.

• Auteur / Autrice : Alexandre Vierron
• Direction : Cherifa Abid
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur : spécialité Mécanique et Physique des Fluides
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IUSTI - INSTITUT UNIVERSITAIRE DES SYSTEMES THERMIQUES INDUSTRIELS
• Jury : Président / Présidente : Souad Harmand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cherifa Abid, Chérif Nouar, Denis Funfschilling, Fabrice Onofri, Michael Le bars
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Chérif Nouar, Denis Funfschilling

Mots clés

Mots clés libres

Nanofluide

Convection naturelle

Rayleigh-Bénard

Ombroscopie

Sédimentation

Buongiorno

Nanofluid

Natural convection

Rayleigh-Bénard

Shadowgraph

Sedimentation

Buongiorno

Résumé

La gestion des énergies est un enjeu majeur pour la société. Aujourd’hui, la recherche s’accentue sur le développement d’un liquide caloporteur appelé « nanofluide ». Ces nanofluides sont constitués d’un liquide avec des nanoparticules conductrices de la chaleur. L’ambition est d’augmenter les transferts de chaleur grâce à ces nanoparti- cules. L’objectif de la thèse est d’observer et de comprendre l’impact des nanoparti- cules sur les cellules de convection et ainsi que sur les transferts de chaleur. Pour ce faire, l’étude se divise en deux parties. La première partie s’est consacrée à développer un code numérique simulant la convection d’un nanofluide. Grâce aux simulations, nous avons pu montrer les limites du modèle de Buongiorno et sa capacité à simuler la convection pour des nanofluides. La deuxième partie de la thèse a pour objectif le développement d’un dispositif expérimental permettant d’étudier la convection naturelle d’un nanofluide dans une cavité cylindrique couplée à un banc optique utilisant l’ombroscopie. Ce montage nous a permis de caractériser l’évolution spatiale et temporelle des cellules de convection pour un nanofluide. Les résultats des expé- riences ont montré que la stabilité et la sédimentation des nanoparticules jouent un rôle important dans l’évolution des patterns de convection ce qui affecte les transferts de chaleur. Ces expériences exposent tout le potentiel des nanofluides et ouvrent la voie pour de nouvelles réflexions sur la conception des nanofluides pour de nouvelles applications.

Energy management is a major challenge for society. Today, research is focusing on the development of a heat-transfer fluid called ''nanofluid''. These nanofluids consist of a liquid with heat-conducting nanoparticles. The ambition is to increase heat transfer using these nanoparticles. The aim of the thesis is to observe and understand the impact of nanoparticles on convection cells and heat transfer. To this end, the study is divided into two parts. The first part was devoted to developing a numerical code to simulate the convection of a nanofluid. Thanks to the simulations, we were able to show the limits of the Buongiorno model and its ability to simulate convection for nanofluids. The second part of the thesis aimed to develop an experimental set-up for studying the natural convection of a nanofluid in a cylindrical cavity coupled to an optical bench using shadowgraph. This set-up enabled us to characterise the spatial and temporal evolution of convection cells for a nanofluid. The experimental results showed that the stability and sedimentation of nanoparticles play an important role in the evolution of convection patterns, which affects heat transfer. These experiments reveal the full potential of nanofluids, and pave the way for new thinking on the design of nanofluids for new applications.