Rapport complet calcul d’un écoulement dans une tuyère miniaturisée, tutoriel & résumé les limites de la miniaturisation en pdf.

Généralités sur les tuyères

Généralités sur la miniaturisation

La miniaturisation ne peut se restreindre à une discipline scientifique ou technique : de par sa nature elle nécessite la prise en compte de nombreux facteurs physiques et technologiques et du fait de la diversité et de la complexité des problèmes rencontrés, c’est actuellement un domaine d’avenir de la recherche tant théorique qu’expérimentale. L’importante littérature disponible définit un microsystème comme un dispositif multifonctionnel capable de détecter des grandeurs physicochimiques, traiter les informations captées et de les communiquer avec l’extérieur.
On désigne un microsystème fluidique comme un dispositif utilisant ou véhiculant des fluides liquides, gazeux, mono ou poly-phasiques. Ils connaissent un essor considérable depuis ces dernières années car ils permettent l’accès à de nouvelles applications où la miniaturisation des systèmes est primordiale, (Nicolas Chapin et al., 1999).

Pourquoi la miniaturisation : Nous nous posons toujours cette question

• Réduction de la taille et du poids
• Réduction de la consommation énergétique
• Amélioration des performances (vitesse, sensibilité…)
• Réduction des coûts
• Nouvelles propriétés et fonctionnalités

Avantages de la miniaturisation

La question est de savoir pourquoi nous voulons miniaturiser certains objets ?

* la miniaturisation permet d’avoir un rapport surface/volume très important qui permet d’accélérer les phénomènes de transferts de masse et d’énergie.
*
la miniaturisation requiert des forces mécaniques très faibles;

* La réduction des dimensions s’accompagne aussi d’une diminution drastique du poids des objets et donc de la matière première et de l’énergie nécessaires à leur élaboration.

* Elle permet d’envisager un mode de production en parallèle, ce qui réduit les délais et améliore la reproductibilité de la fabrication.

* la réduction des coûts de fabrication à un coût moindre;

Quelques inconvénients de la miniaturisation

*
les problèmes de bruit et son amplification.
*
des coûts de développement très élevés.
*
les limites de la physique à une miniaturisation toujours plus poussé.

Les limites de la miniaturisation

La miniaturisation se heurte aux problèmes liés à l’étanchéité du microsystème, si les dimensions des microcanaux sont trop petites, il sera d’autant plus difficile de les lier entre eux, dans ce cas on se heurte aux limites techniques. Par exemple dans le cas d’une utilisation continue d’un microréacteur, adapté à la production industrielle, le passage de réactifs organiques et la formation de résidus chimiques d’une réaction entraînera un encrassement progressif des microcanaux. Ils auront donc une durée de fonctionnement limitée qui peut varier selon les produits organiques utilisés, il sera nécessaire alors d’instaurer un cycle de remplacement des microréacteurs. (Fabien  Ladeveze, 2000).

Influence de la miniaturisation sur les écoulements de fluides

Les microsystèmes fluidiques ont typiquement des dimensions caractéristiques comprises entre le micron et le millimètre. Dans ce cas, certains phénomènes physiques ne peuvent plus être négligés dans l’étude des écoulements internes de fluides, comme c’est souvent le cas à l’échelle macroscopique. Ceci est lié au fait que le rapport surface/volume est nettement supérieur dans les microsystèmes. En effet, pour un dispositif à l’échelle humaine, ce rapport est de l’ordre de 1 m, alors que pour un microsystème de dimensions caractéristiques de 1 µm, ce rapport atteint 10.
Cette forte augmentation affecte sensiblement les flux de masse, de quantité de mouvement et d’énergie à travers les surfaces et notamment les interfaces fluide/fluide et fluide/paroi.
L’importance des conditions aux limites et particulièrement des états de surfaces, s’en trouve fortement accrue. (Marc Anduze, 2000).

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Calcul d’un écoulement dans une tuyère miniaturisée (4.02 MB) (Rapport PDF)