Micromélangeurs : étude expérimentale et numérique de solutions techniques adaptées aux microsystèmes
Institution:
Toulouse, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
In fluidic microsystems, flows are laminar, which strongly decreases the mixing performances essentially due to diffusive or chaotic mechanisms. To overcome the lack of turbulence, original technological solutions are considered. We essentially studied two new structures of micro mixers without moving parts, which is interesting for fabrication and reliability reasons. The first micro mixer is derived from a fluidic vortex microdiode; after a design modification, it offers a simple solution for the mixing of two fluids. Several configurations are proposed (with varied inlets channels layouts and added obstacles in the mixing chamber) and they are numerically analysed. The performances are compared with those of a classic T mixer; a sensible increase of the quality of mixing is shown. We also propose an original structure of autopulsed fluidic microsystem which can be used for mixing. This microsystem is a micro-oscillator, the design of which is based on a monostable fluidic amplifier. It differs from other oscillators presented in the literature based on a bistable amplifier. The mechanisms that control the behaviour of such an oscillator are detailed and a simple model deduced both from experimental and numerical analysis allows predicting the oscillation frequencies
Abstract FR:
Dans les microsystèmes fluidiques, les écoulements sont fortement laminaires, ce qui diminue de façon importante les performances du mélange, qui s'effectue essentiellement selon des mécanismes diffusifs ou chaotiques. Pour palier à l'absence de turbulence, des solutions technologiques originales sont alors envisagées. On a étudié essentiellement deux structures nouvelles de micromélangeurs sans parties mobiles, intéressantes pour des raisons de facilité de fabrication et de fiabilité. Le premier micromélangeur est dérivé d'une microdiode fluidique de type vortex, qui après modification, offre une solution simple pour effectuer le micromélange de deux fluides. Plusieurs configurations sont proposées (avec des dispositions variées des canaux d'entrée et la présence d'obstacles dans la chambre du micromélangeur) et sont analysées par simulation numérique. Les performances obtenues sont comparées aux performances de référence d’un micromélangeur classique en Té ; on note une amélioration très sensible de la qualité du mélange effectué. On propose ensuite une structure originale de microsystème fluidique autopulsé pouvant être utilisé pour effectuer du micromélange. Il s'agit d’un micro-oscillateur dont le dessin est basé sur celui d'un amplificateur fluidique monostable. Il se distingue d’autres oscillateurs présentés dans la littérature, qui utilisent à la base un amplificateur fluidique bistable. On s'est attaché à détailler les mécanismes de fonctionnement de l'oscillateur et à prédire correctement ses fréquences d'oscillation, à partir d'une étude expérimentale et numérique.