Liquid-gaz and liquid-liquid two-phase flow in microchannels : Image analysis contribution
Ecoulements diphasiques liquide-gaz et liquide-liquide dans les microcanaux : Apport de l'analyse d'image
Résumé
This study is divided in two parts : the first one presents a new technique to quantify contact angle and then the wettability. This technique uses a confocal laser scanning microscope (CSLM) and allows to record series of 2-D images of a fluorescent liquid droplets set on various solids surfaces. The building of 3-D images is done with the summation of several images acquired with a regular step along the CSLM z-axis. The results obtained are similar to those obtained with a conventional goniometric technique for different air-liquid-solid systems. The CSLM images shows that drops are characterized by complex morphologies and that the local contact angles can be modified by chemical heterogeneities in the fluids. The second part is mainly an experimental study which deals with liquid-gas and liquid-liquid flows in horizontal microchannels. For each system, the pressures drops are measured and the flow regime maps are realised and compared with those presented in the literature. In the case of liquid-gas flows, the fluid properties have a great impact on the pressure drops and flow patterns. For liquid-liquid flows, two types of experiments are studied: microchannels initially saturated with oil and microchannels initially saturated with water. In the range of the Reynolds numbers considered, a difference in the pressure drops and the flow patterns are observed. The experimental results are interpreted with the homogeneous model and the Lockhart-Martinelli approach.
Cette étude est divisée en deux parties : la première est consacrée à une nouvelle méthode permettant de déterminer l'angle de contact air-liquide-solide ou liquide-liquide-solide. Les valeurs d'angles obtenues par le microscope confocal à balayage laser (CSLM) à partir du modèle en 3D de la goutte montrent un bon accord avec les valeurs qu'on obtient à partir de la méthode conventionnelle du goniomètre. La modélisation géométrique en 3D de la goutte obtenue à partir des images CSLM a permis d'étudier la distribution locale des angles de contact autour de la goutte, et donc de détecter une hétérogénéité locale d'une surface plane solide. La deuxième partie est consacrée à une étude expérimentale des écoulements diphasiques liquide-gaz et liquide-liquide dans des microcanaux horizontaux. Pour chaque couple de fluides, les pertes de pression ont été mesurées et les configurations d'écoulements ont été identifiées pour une large gamme de nombres de Reynolds. Les cartographies d'écoulements ont été réalisées et comparées avec celles de la littérature. Pour les écoulements liquide-gaz, cette étude a montré l'effet des propriétés physiques des fluides sur les configurations d'écoulements et donc sur les pertes de pression. Pour les écoulements liquide-liquide, les expériences ont été réalisées dans deux cas de figure : microcanaux initialement saturés en huile et microcanaux initialement saturés en eau. Dans la gamme des débits étudiée, on observe une différence de configurations d'écoulements et donc de pertes de pression entre les deux séries d'expériences. Pour les deux systèmes liquide-gaz et liquide-liquide, les résultats expérimentaux sont interprétés au moyen du modèle homogène et de l'approche de Lockhart-Martinelli.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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