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Tohme, Tohme. Transport of non-spherical particles in microchannel flows

Tohme, Tohme (2021). Transport of non-spherical particles in microchannel flows.

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Résumé en francais

Comprendre le comportement d'une particule circulant dans un microcanal est une étape nécessaire pour concevoir et optimiser des dispositifs microfluidiques efficaces pour la séparation, la concentration, le comptage, la détection, le tri ou le mélange de particules en suspension. Bien que la migration inertielle de particules sphériques ait été étudiée en profondeur au cours des deux dernières décennies, la plupart des applications ciblées impliquent des particules non sphériques dont le comportement en microécoulement est encore loin d'être complètement compris. Lorsqu'elle se déplace dans un canal, une particule possède deux mouvements, un rotationnel et un migratoire : elle se déplace dans la direction de l'écoulement, entraînée par l'écoulement du fluide, mais aussi dans la section transversale perpendiculaire à la direction de l'écoulement, en raison d'effets inertiels. De plus, les mouvements de rotation et de translation des particules sont couplés. La plupart des travaux existants sur le transport des particules dans les microcanaux découplent leurs comportements rotationnel et migratoire : la rotation des particules est principalement étudiée dans des écoulements de cisaillement simple où la migration latérale est négligée et les études sur la migration latérale se concentrent principalement sur les particules sphériques dont le comportement rotationnel est simple. Compte tenu de l'intérêt pour les applications de la focalisation inertielle, il est nécessaire de mieux comprendre les deux comportements rotationnel et migratoire de particules non sphériques. Pour atteindre cet objectif, des expériences ont été menées. La visualisation des particules en forme de cacahuète et de bonhomme de neige est réalisée par microscopie classique. Les images obtenues sont post-traitées et les positions et orientations des particules sont identifiées. Des paramètres ont été définis, extraits et analysés en fonction de diverses conditions géométriques et opératoires, afin de comprendre la migration latérale des particules, leur comportement rotationnel et la formation de trains dans des microcanaux carrés, ainsi que le lien entre ces trois phénomènes. Les principaux résultats montrent qu'à faibles valeurs du nombre de Reynolds (inférieur à 5), les particules non sphériques ne migrent pas vers le centre du canal comme le font les sphériques. À plus forte inertie du fluide, la migration latérale et l'alignement longitudinal semblent qualitativement similaires pour les particules non sphériques que pour les sphériques, avec des zones de focalisation plus larges et à une fraction de particules en trains plus faible. Enfin, il a été clairement constaté que les trois phénomènes étudiés (migration latérale, comportement rotationnel et alignement longitudinal) sont fortement couplés.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Baldas, Lucien
Magaud, Pascale
Ecole doctorale:Mécanique, énergétique, génie civil, procédés (MEGeP)
laboratoire/Unité de recherche :Institut Clément Ader (ICA-Toulouse), UMR 5312
Mots-clés libres :Migration inertielle - Comportement rotationnel - Microparticules - Non-sphériques - Suspensions de particules
Sujets :Sciences de l'ingénieur
Déposé le :20 May 2022 16:51