Soutenance de thèse de VIERRON Alexandre
Titre de thèse
Intensification des transferts thermiques par instabilités thermo-convectives en régime de convection pour des fluides complexes.
Intensification of heat transfer by thermo-convective instabilities in the convective regime for complex fluids.
Résumé de la thèse
La gestion des énergies est un enjeu majeur pour la société. Aujourd'hui, la recherche
s'accentue sur le développement d'un liquide caloporteur appelé « nanofluide ». Ces
nanofluides sont constitués d'un liquide avec des nanoparticules conductrices de la
chaleur. L'ambition est d'augmenter les transferts de chaleur grâce à ces nanoparti-
cules. L'objectif de la thèse est d'observer et de comprendre l'impact des nanoparti-
cules sur les cellules de convection et ainsi que sur les transferts de chaleur. Pour ce
faire, l'étude se divise en deux parties. La première partie s'est consacrée à développer
un code numérique simulant la convection d'un nanofluide. Grâce aux simulations,
nous avons pu montrer les limites du modèle de Buongiorno et sa capacité à simuler
la convection pour des nanofluides. La deuxième partie de la thèse a pour objectif
le développement d'un dispositif expérimental permettant d'étudier la convection
naturelle d'un nanofluide dans une cavité cylindrique couplée à un banc optique
utilisant l'ombroscopie. Ce montage nous a permis de caractériser l'évolution spatiale
et temporelle des cellules de convection pour un nanofluide. Les résultats des expé-
riences ont montré que la stabilité et la sédimentation des nanoparticules jouent un
rôle important dans l'évolution des patterns de convection ce qui affecte les transferts
de chaleur. Ces expériences exposent tout le potentiel des nanofluides et ouvrent la
voie pour de nouvelles réflexions sur la conception des nanofluides pour de nouvelles
applications.
Thesis resume
Energy management is a major challenge for society. Today, research is focusing on
the development of a heat-transfer fluid called "nanofluid". These nanofluids consist
of a liquid with heat-conducting nanoparticles. The ambition is to increase heat
transfer using these nanoparticles. The aim of the thesis is to observe and understand
the impact of nanoparticles on convection cells and heat transfer. To this end, the
study is divided into two parts. The first part was devoted to developing a numerical
code to simulate the convection of a nanofluid. Thanks to the simulations, we were
able to show the limits of the Buongiorno model and its ability to simulate convection
for nanofluids. The second part of the thesis aimed to develop an experimental set-up
for studying the natural convection of a nanofluid in a cylindrical cavity coupled to an
optical bench using shadowgraph. This set-up enabled us to characterise the spatial
and temporal evolution of convection cells for a nanofluid. The experimental results
showed that the stability and sedimentation of nanoparticles play an important role in
the evolution of convection patterns, which affects heat transfer. These experiments
reveal the full potential of nanofluids, and pave the way for new thinking on the design
of nanofluids for new applications.