ETUDE EXPERIMENTALE ET NUMERIQUE DE MICROECOULEMENTS LIQUIDES DANS LES MICROSYSTEMES FLUIDIQUES - Laboratoire Leprince-Ringuet Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2000

Experimental and numerical study of liquid flows in fluidic microsystems

ETUDE EXPERIMENTALE ET NUMERIQUE DE MICROECOULEMENTS LIQUIDES DANS LES MICROSYSTEMES FLUIDIQUES

Marc Anduze
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 976916

Résumé

This study concerns the experimental and numerical analysis of liquid flows in fluidic microsystems. The main part of this work has consisted in conceiving, making and using a specific set-up. At first, the main fluidic microdevices usually used are presented with their different manufacturing processes. The influence of miniaturisation on the flows is considered and problems of coherence between the experimental results in the literature are pointed out. Then, the analysis and the conception of the set-up are detailed. The apparatus can measure flows between 10-7 and 10-13 m3 s-1 for upstream or downstream pressures in the range 1,5 kPato 0,35 MPa and temperatures between 288 K and 318 K. The experimental procedures and theprecision of the experimental data have been checked, by comparing with measurements ofHagen Poiseuille flows in circular microducts. A comparative theoretical and experimentalanalysis of the Poiseuille number is presented for flows in microchannels with triangular and trapezoidal sections and hydraulic diameters from 3 to 15 μm. A dependence between Poiseuille and Reynolds numbers is shown and discussed. Subsequently an experimental analysis of the microvalves’ behaviour points out an important fragility and a lack of reliability. An alternative solution is proposed. Microdiodes, which are elements without moving parts, can be used. A numerical analysis, confronted to the experience, allows an initial geometrical optimisation of vortex microdiodes, comparing the performances with those of the other microdiodes presented in the literature. At the end, the perspectives and future developments of this work are suggested.
Cette étude concerne l’analyse expérimentale et numérique d’écoulements liquides dans les microsystèmes fluidiques. La partie principale de ce travail a consisté à concevoir, réaliser et exploiter un banc d’essais spécifique. Dans un premier temps, les principaux microdispositifs fluidiques couramment utilisés sont présentés, ainsi que leurs différents procédés d’élaboration. L’influence de la miniaturisation sur les écoulements est ensuite abordée et des problèmes de cohérence entre les différents résultats expérimentaux présents dans la littérature sont mis en évidence. L'analyse préalable et la conception du banc d’essais sont ensuite exposés. Ce banc peut mesurer des débits dans la plage 10-7 à 10-13 m3 s-1, pour des pressions amont ou aval allant de 1,5 kPa à 0,35 MPa et des températures comprises entre 288 K et 318 K. Les procédures expérimentales, ainsi que la précision des mesures, ont été qualifiées à partir de mesures d’écoulements permanents de type Hagen-Poiseuille dans des microcanaux de section circulaire. Une analyse comparative du nombre de Poiseuille théorique et expérimental est présentée, pour des écoulements dans des microcanaux de sections triangulaires et trapézoïdales et de diamètres hydrauliques compris entre 3 et 15 μm. Une dépendance du nombre de Poiseuille en fonction du nombre de Reynolds est mise en évidence puis discutée. Par la suite, une analyse expérimentale des microclapets d'une micropompe montre une fragilité importante et un manque certain de fiabilité. Une solution alternative est alors proposée. Il s’agit d’utiliser des microdiodes, éléments sans partie mobile. Une analyse numérique, confrontée à l’expérience, permet d’amorcer une optimisation géométrique de microdiodes vortex en comparant leurs performances à celles d’autres microdiodes présentées dans la littérature. Pour terminer, les perspectives et développements futurs de ce travail sont dégagés.
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Dates et versions

tel-01275398 , version 1 (19-02-2016)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01275398 , version 1

Citer

Marc Anduze. ETUDE EXPERIMENTALE ET NUMERIQUE DE MICROECOULEMENTS LIQUIDES DANS LES MICROSYSTEMES FLUIDIQUES. Sciences de l'ingénieur [physics]. L'Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01275398⟩
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