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Thèse Année : 2023

Evaporation in model porous media with transport of particles

Séchage dans un milieu poreux modèle avec transport de particules

Elisa Ghiringhelli
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1321285
  • IdRef : 273501089

Résumé

Using a SUEX resin microchannel, we studied the effect of the presence of particles on the evaporation dynamics in a single channel. The experiments showed that the kinematics is slowed down by the presence of the particles due to their effect on the thickness of the corner films. They are thicker with pure water than in the presence of particles, at small concentrations, which results in smaller vapor partial pressure gradients in the channel entrance region. The work is extended considering a two-dimensional network of interconnected channels as model porous medium. To this end, an experimental set up was developed to study the effect of the particles presence in the model porous medium and their respective deposit. The constructed network is composed of interconnected throats of rectangular cross section The drying proces is analyzed from optical visualizations, while the deposit is observed under the microscope with confocal green light. Different parameters were varied in order to better understand the particles preferential regions of deposit and their relation with the drying pattern. For example, changing the wettability of the chip's material completely changes the localization of the deposit. The particles concentrate in the channels closest to the top edge of the network (open edge of network), while the concentration is decreasing further away in the network. Two other variables that were changed, were the total pressure and temperature. Using an oven to perform the drying under partial vacuum condition (100mbar) at ambient temperature and at 55°C, the invasion patterns are very different from the one obtained at the atmospheric pressure under diffusive evaporation condition and the deposits are more homogeneous throughout the micromodel. Furthermore we investigated the role of gravity on the evaporation rate, which was slowed down, and on the final deposit for which it is found out that particles do not tend to accumulate at the bottom of the network, instead the distribution is still homogeneous.
Dans un premier temps, l'effet de la présence des particules sur la dynamiques de l'évaporation est étudié dans un canal unique en résine SUEX. Les expériences montrent que la cinématique est ralentie en présence de particules du fait de leur influence sur l'épaisseur des films liquides dans les coins. Ces derniers sont plus épais avec de l'eau pure qu'avec une faible concentration de particules. Cela induit des gradients de pression partielle plus faibles dans la région de l'entrée du canal. Le travail est ensuite approfondi en considérant un réseau en deux dimensions de canaux de section rectangulaire et interconnectés comme un modèle d'un milieu poreux. Une installation expérimentale a été développée afin d'étudier l'effet de la présence de particules et leur dépôt dans un milieu poreux. Le processus de séchage est analysé par visualisation optique, alors que le dépôt est observé à l'aide d'un microscope confocal à lumière verte. Une sensibilité sur différents paramètres est effectuée pour une meilleure compréhension des régions préférentielles du dépôt des particules et de leur relation avec le chemin de séchage. Il est d'abord montré que changer la mouillabilité du milieu poreux modifie complètement la localisation de ce dépôt. Les particules se concentrent dans les canaux plus proches du côté supérieur (le côté ouvert du réseau), alors que la concentration diminue plus loin dans le réseau. Ensuite, l'effet de la pression totale et de la température est étudié en utilisant un four pour réaliser des expérimentations sous des conditions de vide partiel (100mbar), à température ambiante et à 55°C. On montre alors que le chemin d'invasion peut être affecté par la formation de bulles d'air sous vide partiel. Globalement, les dépôts sont plus homogènes dans le micromodèle. Enfin, l'impact de la gravité sur le taux de séchage et sur le dépôt final a aussi été investigué. On trouve alors que les particules n'ont pas tendance à s'accumuler dans le fond du réseau mais sont distribuées de façon assez homogène.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04329675 , version 1 (07-12-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04329675 , version 1

Citer

Elisa Ghiringhelli. Evaporation in model porous media with transport of particles. Fluids mechanics [physics.class-ph]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2023. English. ⟨NNT : 2023TOU30147⟩. ⟨tel-04329675⟩
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