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Theses Year : 2010

Evolution of two-phase flow in networks of branching microchannels

Évolution d'un écoulement diphasique dans des réseaux branchés de microcanaux

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1
Yu Song
  • Function : Author
  • PersonId : 899030

Abstract

The transport of liquid plugs in networks of branching channels is experimentally studied. Liquid plugs are pushed at different driving conditions in a tree-like network of microchannels with widths either narrowing or widening with the generation number. The global flow pattern can be either symmetric or asymmetric, with daughter plugs dividing in synchrony or asynchrony as a function of the driving force and the network geometry. This behavior is explained by plug interactions at work in a fundamental element of the network, which consists of three adjacent bifurcations. When a single plug is pushed at constant pressure, its daughters can reach the exits only if the driving pressure is higher than the thresholds in the network. For a plug pushed at constant flow rate, its daughters can arrive at the exits of the narrowing network even when the flow rate is low. Conversely, in the widening network, only some daughters can reach the exits while others get stuck at intermediate bifurcations. Moreover, a linear relation between the driving pressure and total flow rate in the network is derived and found to be applicable in the presence of successive plugs. In this case, the total flow rate can be influenced by the initial distance between plugs when the driving pressure and plug lengths are fixed. Furthermore, some preliminary results about network reopening through plug ruptures at high pressure driving are also presented.
Nous étudions expérimentalement le transport des bouchons liquides dans les réseaux branchés de microcanaux. Les bouchons liquides sont poussés sous différentes conditions dans un réseau arborescent de microcanaux de largeur croissante ou décroissante avec le numéro de génération. Le motif global d'écoulement peut être symétrique ou asymétrique, avec des bouchons se divisant de manière synchrone ou asynchrone, selon la nature et l'intensité de la force de poussée et la géométrie du réseau. Ce comportement s'explique par des interactions entre bouchons à l'oeuvre au sein d'un élément fondamental du réseau composé de trois bifurcations adjacentes. Quand un unique bouchon est poussé à pression constante, ses descendants atteignent les sorties du réseau uniquement si la pression est supérieure aux seuils du réseau. Les descendants d'un bouchon poussé à débit constant, atteignent toujours les sorties d'un réseau de largeur décroissante, même lorsque le débit est faible. Inversement, dans un réseau à largeur croissante, seuls certains descendants peuvent atteindre les sorties alors que les autres restent bloqués aux bifurcations intermédiaires du réseau. De plus, nous montrons qu'une relation linéaire existe entre la pression et le débit total dans le réseau, dont la validité est vérifiée en présence de bouchons successifs. Dans ce cas, le débit total varie avec la distance initiale entre les bouchons, à pression et longueurs de bouchons fixées. Finalement, des résultats préliminaires sont présentés, concernant la réouverture sous haute pression de réseaux par ruptures des bouchons.
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Dates and versions

pastel-00585509 , version 1 (16-04-2011)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00585509 , version 1

Cite

Yu Song. Evolution of two-phase flow in networks of branching microchannels. Fluid mechanics [physics.class-ph]. Ecole Polytechnique X, 2010. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00585509⟩
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