Dynamique et transfert de chaleur des gouttelettes en écoulement sur une surface froide: application au givrage des aéronefs.

Dynamics and Heat Transfer of Flowing Droplets on a Cold Surface: Application to Aircraft Icing.

• Auteur / Autrice : Mohammad imran Bappy
• Direction : Guillaume Castanet, Alexandre Labergue
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Énergie et Mécanique
• Date : Inscription en doctorat le 04/11/2025
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LEMTA – Laboratoire Energies & Mécanique Théorique et Appliquée
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Groupe Milieux Fluides Rhéophysique

Mots clés

Mots clés libres

Gouttelettes

Transfert de chaleur

Changement de phase

Droplet

Heat transfer

Phase change

Résumé

Le transfert de chaleur par des gouttes en mouvement est fondamental pour des technologies telles que les systèmes lab-on-chip, les surfaces anti-givrage, les condenseurs et les systèmes de collecte d'eau. Lorsque les goutte impactent, glissent ou roulent sur des substrats inclinés, leur capacité à transporter la chaleur résulte d'un équilibre entre le glissement et le roulement. Un roulement pur se produit rarement en raison de l'adhésion (hystérèse de l'angle de contact) et de la rugosité de surface, ce qui conduit à une dynamique hybride dictée par la tension de surface, la viscosité, la gravité et l'interaction avec le substrat. Sur des surfaces chauffées, le transfert de chaleur vers la goutte se fait par conduction à l'interface liquide–solide, par convection interne (y compris celle induite par l'effet Marangoni) et au niveau de la ligne de contact où la résistance thermique est minimale. Parallèlement, l'évaporation modifie la durée de vie des gouttelettes et les échanges de chaleur entre la goutte et son environnement. Sur des surfaces refroidies, le givrage ajoute de nouvelles complexités, influençant à la fois la mobilité et le flux thermique. La thèse vise à développer des techniques de mesure avancées pour étudier de façon détaillée l'effet des propriétés des gouttes et des surfaces dans un environnement contrôlé (notamment en température et en humidité, cisaillement d'un écoulement d'air). Les résultats fourniront un cadre complet pour comprendre la dynamique des gouttes déposées et les transferts de chaleur dans les systèmes de conversion de la chaleur et dans le domaines aéronautiques.

Heat transfer from moving droplets is fundamental to technologies such as lab-on-chip systems, anti-icing surfaces, condensers, and water harvesting systems. As droplets impact, slide, or roll on inclined substrates, their ability to transport heat is led by a balance between sliding and rolling motion. Pure rolling rarely occurs due to adhesion, contact angle hysteresis, and surface roughness, resulting in hybrid dynamics dictated by surface tension, viscosity, gravity, and substrate interaction. On heated inclined surfaces, heat transfer occurs through conduction at the liquid–solid interface, internal convection (including Marangoni-driven flows), and at the triple contact line where thermal resistance is minimal. At the same time, evaporation further modifies droplet lifetime and modulates heat exchange with the environment. On cooled surfaces, freezing adds new complexities, influencing both droplet mobility and thermal flux. This study aims to develop advanced measurement techniquesto investigate in detail the role of droplet and substrate properties under controlled environmental conditions (temperature, humidity, and airflow shear).. The outcome will provide a comprehensive framework for understanding droplet dynamics and heat transfer in thermal energy conversion systems and in the domain of aircraft