Defensa de la tesis de Mohammed SAID

Los dispositivos microfluídicos han despertado un gran interés en el campo de la gestión térmica debido a su control preciso del flujo de fluidos, que mejora la transferencia de calor. Entre las aplicaciones de los dispositivos microfluídicos figuran la refrigeración electrónica, los intercambiadores de calor a microescala y los microrreactores.

Mientras que muchos estudios se han centrado en el flujo monofásico en microcanales, la investigación sobre el flujo bifásico, en particular el flujo de Taylor, sigue siendo limitada. El flujo de Taylor es una dispersión periódica de gotas o tapones en una fase portadora continua. Según la bibliografía, este tipo de flujo ofrece mejores prestaciones de transferencia de calor que el flujo monofásico. Por lo tanto, es imperativo adquirir conocimientos sobre este tipo de flujo y comprender su comportamiento en microcanales rectangulares y cuadrados.

Esta tesis propone un estudio numérico y experimental de la hidrodinámica y transferencia de calor de un flujo Taylor en un microcanal rectangular.

La primera parte está dedicada a la simulación numérica en 3D utilizando ANSYS Fluent, con modelización de la interfaz mediante el método de Volumen de Fluido (VOF). Se estudió el impacto de parámetros clave como la relación de flujo, la relación de viscosidad y el número capilar. Se observó que el grosor de la película de líquido aumenta a medida que disminuye la relación de flujo, lo que influye notablemente en la velocidad de las gotas. El número capilar, basado en la velocidad de las dos fases, resultó ser el parámetro más decisivo para la forma de las gotitas y los tapones.

Número capilar.

Siguiendo el análisis hidrodinámico, se investigó numéricamente el rendimiento térmico del flujo de Taylor asumiendo primero propiedades termofísicas constantes y luego incorporando una viscosidad dependiente de la temperatura a través de una función definida por el usuario (UDF). Los resultados muestran una mejora en la transferencia de calor de hasta el 440% en comparación con el flujo monofásico. La introducción de la dependencia de la viscosidad de la temperatura dio lugar a una mejora adicional del 20,8% en la eficiencia térmica.

La segunda parte de la tesis presenta un estudio experimental destinado a validar los resultados numéricos y analizar con más detalle el flujo de Taylor en microcanales en forma de T. Se ensayaron varias combinaciones de fluidos. Se ensayaron varias combinaciones de fluidos, variando la relación de flujo, y el número capilar. Los resultados experimentales muestran que el mecanismo de formación de gotas y la competencia de fuerzas en la unión influyen mucho en la hidrodinámica del flujo de Taylor. La velocidad de las dos fases y la relación de viscosidad tienen un efecto significativo sobre la longitud, la forma, la velocidad y la frecuencia de generación de gotas y tapones.

Porcentaje de formación de gotas y tapones.

Además, el efecto de la relación de flujo sobre la frecuencia de generación de gotas depende de la fase (continua o dispersa) empleada para variar la relación de flujo. También encontramos que la forma de la gotita/tapón puede depender del tipo de unión empleada para generar las gotitas, con los radios de curvatura de la parte delantera y trasera disminuyendo al aumentar la relación de flujo o el número Ca, de acuerdo con nuestros resultados numéricos.

El efecto de la relación de flujo sobre la forma de la gotita/tapón puede observarse en nuestros resultados.

Reporteros

• Abdel EL ABED, MCF-HDR, ENS Paris Saclay
• Sefiane KHELLIL, profesor universitario de la Universidad de Edimburgo

Examinadores

• Rachid BENNACER, profesor universitario, ENS París Saclay
• Hakim NACEUR, profesor universitario, UPHF -Valenciennes-

Invitados

• Nora NAIT BOUDA, profesora universitaria, USTHB -Alger-
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Supervisora de la tesis

• Souad HARMAND, profesor universitario, UPHF -Valenciennes-