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Thèse T. Dochy - 10 décembre

23 novembre

Interaction entre ultrasons de puissance et fluides complexes

Soutenance de thèse T. Dochy

Sous réserve d’autorisation par les rapporteurs

Lundi 10 décembre à 14 h 30 - Amphithéâtre Nougaro

Résumé :

On étudie l´évolution d’une solution initialement homogène constituée de deux espèces soumises à un gradient thermique qui génère un transfert de matière, ce qui peut conduire à la séparation des espèces du fluide binaire. La configuration choisie pour étudier la séparation est une cellule rectangulaire (ou parallélépipédique), horizontale et placée dans le champ de pesanteur. La présence d’une source piézo-électrique, sur l’une des parois verticales de la cavité, permet de générer un écoulement stationnaire à grande échelle. L’´écoulement est induit par la propagation d’ondes ultrasonores au sein du fluide visqueux : la dissipation de l’´énergie acoustique de l’onde au sein du fluide porte le nom d’Eckart streaming. On cherche à optimiser la séparation en combinant gradient thermique et source acoustique.

La première partie consiste en l´étude de l´écoulement isotherme généré par l’onde ultrasonore dans un fluide mono-constituant. Après avoir calculé le champ d’intensité acoustique avec l’intégrale de Rayleigh, le profil est implémenté dans un code aux éléments finis Comsol Multiphysics. Les résultats numériques sont comparés avec des résultats expérimentaux antérieurs.

Dans une seconde partie, on considère une cavité contenant un fluide binaire. On détermine analytiquement, à l’aide du logiciel Maple, la séparation (différence de fraction massique entre les deux extrémités de la cellule) en fonction des paramètres de contrôle du problème. Des simulations numériques 2D et 3D ont montré un bon accord entre les résultats analytiques et numériques, pour un paramètre acoustique constant et un chauffage par le bas ou par le haut de la cellule. Le problème considéré dépend alors de huit paramètres adimensionnels. Trois d’entre eux sont propres à la nature du fluide binaire : le nombre de Lewis Le, de Prandtl Pr et le facteur de séparation. Il y a ensuite deux paramètres de contrôle, le nombre de Rayleigh thermique Ra et la force acoustique adimensionnelle A. Enfin, les autres paramètres adimensionnels sont les deux rapports d’aspect de la cavité, ainsi que l´épaisseur relative du faisceau acoustique.

JURY :

  • Mr. Xavier Jacob
  • Mme. Marie-Catherine Charrier-Mojtabi
  • Mr. Abdelkader Mojtabi
  • Mr. Valery Botton
  • Mr. Mejdi Azaiez
  • Mr. Mounir Bou-Ali