Analyse de l’efficacité de mélange : Nanofluides vs. suspensions complexes

L’étude du transfert convectif dans les composants thermo-fluidiques vise à optimiser leurs performances, un enjeu crucial pour la transition énergétique, notamment via l’efficacité énergétique. Le développement d’un fluide caloporteur intensifiant les transferts thermiques reste un défi scientifique et technologique pour améliorer le refroidissement dans les procédés industriels. Cette étude analyse l’impact des particules en suspension dans des fluides newtoniens et non-newtoniens sur l’intensification du mélange. Elle explore comment ces particules déclenchent des instabilités hydrodynamiques renforçant les mécanismes de transfert convectif.

Plusieurs solutions sont étudiées : un nanofluide en suspension newtonienne, une suspension newtonienne avec micro-particules, une solution viscoélastique pure, et une suspension viscoélastique. L’étude utilise une configuration d’écoulement de Taylor-Couette, avec un cylindre intérieur en rotation sur un rhéomètre permettant la mesure du couple. Un système métrologique avancé, basé sur la fluorescence plane induite par laser (PLIF), analyse le mélange à différents nombres de Reynolds. Un indice de mélange est alors déterminé, où M=1 signifie un mélange parfait et M=0 une solution hétérogène. Les régimes d’écoulement étudiés présentent des structures instationnaires favorisant le transport. Pour les solutions newtoniennes, le régime de vortex de Taylor (TVF) est utilisé, tandis que pour les solutions viscoélastiques, c’est le régime de turbulence élasto-inertielle (EIT) qui génère des instabilités même à bas nombres de Reynolds, améliorant le mélange.

L’analyse montre que l’ajout de particules (nano ou micro) dans un solvant améliore l’efficacité du mélange en régime turbulent (TVF ou EIT). Autrement dit, l’homogénéité est atteinte plus rapidement en ajoutant une faible concentration de particules.

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