Cette étude est axée sur la réalisation d'un banc d'essais spécifique à la mesure de très faibles débits gazeux, et sur une analyse expérimentale d'écoulements gazeux dans des microconduites. A partir d'un certain degré de raréfaction, les débits de gaz sont sous-estimés par la théorie classique de type Navier-Stokes avec des conditions aux limites d'adhérence aux parois. L'objectif est de comparer des résultats expérimentaux d'écoulements gazeux dans des microconduites de sections circulaires et rectangulaires avec des modèles d'écoulements glissants (slip-flow). L'étude est introduite par une analyse bibliographique où quelques microdispositifs fluidiques sont présentés, ainsi que différents modèles d'écoulements glissants, et une revue non exhaustive de moyens de mesures de très faibles débits gazeux. Le banc d'essais est ensuite décrit. Il peut mesurer des débits allant de 10-7 m3s-1 à 5.10-13 m3s-1, avec des pressions amont ou aval allant de 2.104 Pa à 4.105 Pa, et des températures comprises entre 10 ʿC et 40 ʿC. Les microconduites ont été testées avec des écoulements d'air, d'azote ou d'hélium. Les résultats expérimentaux sont comparés à des modèles d'écoulements non glissants et glissants avec des conditions aux limites de sauts de vitesse développés au premier ordre (développement de Maxwell) et au second ordre (développement de Deissler). Le modèle de premier ordre prédit correctement les débits observés pour des nombres de Knudsen de sortie inférieurs à 0,05. Le modèle de second ordre prédit correctement les débits observés pour des nombres de Knudsen de sortie inférieurs à 0,2. Les essais réalisés lors de cette Thèse permettent de constituer un début de banque de données expérimentales. Quelques questions demeurent posées, qui pourront trouver réponse grâce à des essais complémentaires en déterminant notamment les influences de la nature du gaz, de la température, de l'état de surface des matériaux ou encore du rapport de forme de la section des conduites.

L'ETUDE PORTE SUR LES ECOULEMENTS GAZEUX DANS LES MICROSYSTEMES A FLUIDES. DANS LA PREMIERE PARTIE SONT ANALYSEES L'ORIGINE ET LES PARTICULARITES DE CES ECOULEMENTS COMPRESSIBLES TRES CONFINES, OU LES DIAMETRES HYDRAULIQUES PEUVENT ETRE DE L'ORDRE DU MICRON. LES ENJEUX D'UNE MODELISATION ANALYTIQUE OU SEMI-ANALYTIQUE SONT EXPOSES. LA SECONDE PARTIE CONCERNE PLUS PRECISEMENT LES ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES COMPRESSIBLES DANS LES MICROCANAUX. L'INFLUENCE DU DIAMETRE D'UN MICROTUBE DE SECTION CIRCULAIRE SUR LA PROPAGATION DE PERTURBATIONS DE PRESSION EN MILIEU GAZEUX EST MISE EN EVIDENCE DE MANIERE THEORIQUE. LA MODELISATION UTILISE UNE FORMULATION DE TYPE NAVIER-STOKES ASSOCIEE A DES CONDITIONS DE GLISSEMENT DE MAXWELL-SMOLUCHOWSKI D'ORDRE UN A TROIS. LES RESULTATS PRESENTES SONT RELATIFS AUX FLUCTUATIONS DE PRESSION ET DE TEMPERATURE DANS UNE SECTION DONNEE, PUIS A LA REPONSE FREQUENTIELLE DU MICROTUBE EN FONCTION DU NOMBRE DE KNUDSEN. IL APPARAIT NOTAMMENT QUE DANS LE REGIME DIT DE SLIP-FLOW, LA NON PRISE EN COMPTE DU GLISSEMENT A LA PAROI CONDUIT A SOUS-ESTIMER LA BANDE PASSANTE DE LA LIGNE PNEUMATIQUE. DES EXTENSIONS DU MODELE, QUI CONCERNENT L'ASSOCIATION EN SERIE DE PLUSIEURS MICROCANAUX AINSI QUE DES MICROCANAUX DE SECTION LENTEMENT VARIABLE, SONT PROPOSEES. DANS UNE TROISIEME PARTIE EST ABORDEE LA MODELISATION DES ECOULEMENTS COMPRESSIBLES NON ETABLIS DANS DES CONDUITS COURTS, DONT LES DIAMETRES HYDRAULIQUES SONT DE L'ORDRE DE LA CENTAINE DE MICRONS. CE TYPE DE CONDUIT SE RENCONTRE AU SEIN DE CERTAINS MICROSYSTEMES DE TAILLE RELATIVEMENT IMPORTANTE, ET EGALEMENT AU NIVEAU DES CONNEXIONS ENTRE CEUX-CI ET LE MILIEU EXTERIEUR. UNE MODELISATION ANALYTIQUE EST PROPOSEE POUR DIVERS REGIMES D'ECOULEMENT PERMANENT. ELLE TIENT COMPTE DE LA CONTRACTION DE L'ECOULEMENT A L'ENTREE DU CONDUIT, DONT L'IMPORTANCE EST FONCTION DE LA COMPRESSIBILITE. LA CONFRONTATION AVEC DES MESURES EFFECTUEES SUR UN BANC D'ESSAI SPECIFIQUE MONTRENT UNE BONNE CORRELATION, TANT QUE LE REGIME RESTE TURBULENT.

Heat exchangers with minichannel and microchannel flow passages are becoming increasingly popular due to their ability to remove large heat fluxes under single-phase and two-phase applications. Heat Transfer and Fluid Flow in Minichannels and Microchannels methodically covers gas, liquid, and electrokinetic flows, as well as flow boiling and condensation, in minichannel and microchannel applications. Examining biomedical applications as well, the book is an ideal reference for anyone involved in the design processes of microchannel flow passages in a heat exchanger. - Each chapter is accompanied by a real-life case study - New edition of the first book that solely deals with heat and fluid flow in minichannels and microchannels - Presents findings that are directly useful to designers; researchers can use the information in developing new models or identifying research needs

The recent development of microscale technologies makes it possible to design complex microsystems devoted to transport, dosing, mixing, analysis or even synthesis of fluids. Applications are numerous and exist in almost every industrial field, from biotechnology and healthcare to aeronautics and advanced materials manufacturing. Microfluidics is a relatively new research area, usually comprising work with microsystems and involving internal fluid flows with characteristic dimensions of the order of one micrometer (1 x 10 -6 m). This book provides engineers and researchers with a range of tools for modeling, experimenting on, and simulating these microflows, as a preliminary step in designing and optimizing fluidic microsystems. The various consequences of miniaturization on the hydrodynamics of gas, liquid or two-phase flows, as well as on associated heat transfer phenonema, are analyzed. The book is illustrated with examples that demonstrate the wide diversity of applications, and the breadth of novel uses of these fluidic microsystems.