Search

This project aims to demonstrate the feasibility and value of using electrohydrodynamic (EHD) inside flat plate heat pipes (FPHP). FPHPs are passive devices able to transfer high heat fluxes with low temperature differences owing to phase change heat transfer and capillarity. A numerical model, devoted to the study the shape of a meniscus trapped in a square groove in the presence of an electric stress, is developed. Particular attention is paid to the detailed understanding of the linkages between EHD phenomena, wetting or electro-wetting and capillarity. Dimensionless results from the numerical study are provided in order to be used as abacus for the design of EHD FPHP. Two experimental benches, sharing the same capillary structure made of square grooves, are studied. The first experimental bench devoted to study the local effect of the electric field on the interface shape in the absence of heat flux, by means of a confocal microscope. The experimental results are obtained with a DC electric field and with an AC electric field by means of a vobulation methodology. The experimental results are compared to the numerical results for validation purposes. The second experimental bench is devoted to the study of the effect of an electric field on the thermal performances of a FPHP. The temperature profiles along the FPHP are recorded with thermocouples, while the effect of the electric field on the liquid distribution are recorded by means of a camera. The experimental results proves useful to define the prospects for further experimental an numerical studies to expand the knowledge about of the effect on the use of an electric field in a FPHP.; Le travail présenté dans ce mémoire ambitionne de démontrer la faisabilité et l’intérêt de l’utilisation de l'électrohydrodynamique (EHD) dans des caloducs plats. Les caloducs plats sont des systèmes passifs permettant de transférer une grande quantité de chaleur avec un faible gradient de température grâce au transfert avec changement de phase et aux phénomènes de capillarité. Un modèle théorique permettant d'évaluer l'effet d'un champ électrique sur la forme d'un ménisque dans une rainure carrée est développé. Une attention particulière est apportée à la compréhension fine des couplages entre les phénomènes EHD, de mouillage et de capillarité. Les résultats du modèle sont produits sous forme d'abaques en nombre sans dimension, afin d’utiliser ces derniers comme outils de dimensionnement de FPHP EHD. Deux sections d'essais, composées d'une même structure capillaire formée de rainures longitudinales, sont testées. Une section a pour but d'étudier l'effet du champ électrique sur la forme de l'interface, à l'aide d'un microscope confocal en condition isotherme. L'étude de l'effet du champ électrique est abordée en régime permanent, mais aussi en régime fréquentiel par la mise en place d'une méthode dite de vobulation. Les résultats expérimentaux sont comparés aux résultats numérique afin de valider ces derniers. La deuxième section d'essais a pour but d'étudier l'effet du champ électrique sur les performances thermiques d'un caloduc plat. Des effets du champ électrique sur la distribution liquide sont observés à l'aide d'une caméra et les effets sur le profil de température sont mesurés à l'aide de thermocouples le long du caloduc. Les résultats obtenus permettent d’élargir les perspectives de recherche en vue d’améliorer l’état des connaissances sur l’utilisation d’un champ électrique dans un caloduc plat.

This project aims to demonstrate the feasibility and value of using electrohydrodynamic (EHD) inside flat plate heat pipes (FPHP). FPHPs are passive devices able to transfer high heat fluxes with low temperature differences owing to phase change heat transfer and capillarity. A numerical model, devoted to the study the shape of a meniscus trapped in a square groove in the presence of an electric stress, is developed. Particular attention is paid to the detailed understanding of the linkages between EHD phenomena, wetting or electro-wetting and capillarity. Dimensionless results from the numerical study are provided in order to be used as abacus for the design of EHD FPHP. Two experimental benches, sharing the same capillary structure made of square grooves, are studied. The first experimental bench devoted to study the local effect of the electric field on the interface shape in the absence of heat flux, by means of a confocal microscope. The experimental results are obtained with a DC electric field and with an AC electric field by means of a vobulation methodology. The experimental results are compared to the numerical results for validation purposes. The second experimental bench is devoted to the study of the effect of an electric field on the thermal performances of a FPHP. The temperature profiles along the FPHP are recorded with thermocouples, while the effect of the electric field on the liquid distribution are recorded by means of a camera. The experimental results proves useful to define the prospects for further experimental an numerical studies to expand the knowledge about of the effect on the use of an electric field in a FPHP., Le travail présenté dans ce mémoire ambitionne de démontrer la faisabilité et l’intérêt de l’utilisation de l'électrohydrodynamique (EHD) dans des caloducs plats. Les caloducs plats sont des systèmes passifs permettant de transférer une grande quantité de chaleur avec un faible gradient de température grâce au transfert avec changement de phase et aux phénomènes de capillarité. Un modèle théorique permettant d'évaluer l'effet d'un champ électrique sur la forme d'un ménisque dans une rainure carrée est développé. Une attention particulière est apportée à la compréhension fine des couplages entre les phénomènes EHD, de mouillage et de capillarité. Les résultats du modèle sont produits sous forme d'abaques en nombre sans dimension, afin d’utiliser ces derniers comme outils de dimensionnement de FPHP EHD. Deux sections d'essais, composées d'une même structure capillaire formée de rainures longitudinales, sont testées. Une section a pour but d'étudier l'effet du champ électrique sur la forme de l'interface, à l'aide d'un microscope confocal en condition isotherme. L'étude de l'effet du champ électrique est abordée en régime permanent, mais aussi en régime fréquentiel par la mise en place d'une méthode dite de vobulation. Les résultats expérimentaux sont comparés aux résultats numérique afin de valider ces derniers. La deuxième section d'essais a pour but d'étudier l'effet du champ électrique sur les performances thermiques d'un caloduc plat. Des effets du champ électrique sur la distribution liquide sont observés à l'aide d'une caméra et les effets sur le profil de température sont mesurés à l'aide de thermocouples le long du caloduc. Les résultats obtenus permettent d’élargir les perspectives de recherche en vue d’améliorer l’état des connaissances sur l’utilisation d’un champ électrique dans un caloduc plat.

Date de début de rédaction : 01/05/2005Date de fin de rédaction : 28/10/2005Date de soutenance : 25/11/2005Date de remise de la version définitive : 06/12/2005; A new numerical tool to predict the motion and deformation of particles subjected to an electric field in biological Microsystems has been developed. In a middle term, this tool will be used to optimize Lab-on-a-chip devices in the earliest design stages. Particles are handled in Microsystems by dielectrophoresis, which is associated to the motion induced by the polarization of dielectric materials when subjected to a nonuniform electric field. The numerical tool uses to follow the deformation of moving interfaces is the Boundary Element Method (BEM). Flows are supposed to be potential. This tool permits us to find Taylor results in droplets shapes and instability development in both DC and AC uniform electric field. The tool also fits well, when displacement is involved, as non uniform electric field is applied, with simplified analytical models. At this point, we do think that our numerical tool can be extended to deal with more general electrohydrodynamic problems.; Un nouvel outil numérique pour prédire le mouvement et la déformation de particules sous champ électrique dans les microsystèmes biologiques est proposé. Ce moyen permettra à terme l'optimisation de labopuces dans les premières phases de conception. Le phénomène utilisé pour manipuler les particules est la diélectrophorèse associée au mouvement dû à la polarisation des diélectriques sous champ électrique non uniforme. L'outil numérique utilisé pour le suivi des interfaces mobiles sous champ électrique est la Méthode Intégrale aux Frontières (MIF). Les écoulements sont supposés irrotationnels. Par cet outil, nous avons réussi à retrouver les résultats de Taylor sur l'instabilité des gouttes sous champ uniforme. Les résultats du déplacement des gouttes sous champ non uniforme montrent un bon accord également entre les simulations et des modèles analytiques approchés. L'état de développement de l'outil MIF nous permet d'envisager son extension vers des problèmes électrohydrodynamiques encore plus riches.

Date de début de rédaction : 01/05/2005Date de fin de rédaction : 28/10/2005Date de soutenance : 25/11/2005Date de remise de la version définitive : 06/12/2005; A new numerical tool to predict the motion and deformation of particles subjected to an electric field in biological Microsystems has been developed. In a middle term, this tool will be used to optimize Lab-on-a-chip devices in the earliest design stages. Particles are handled in Microsystems by dielectrophoresis, which is associated to the motion induced by the polarization of dielectric materials when subjected to a nonuniform electric field. The numerical tool uses to follow the deformation of moving interfaces is the Boundary Element Method (BEM). Flows are supposed to be potential. This tool permits us to find Taylor results in droplets shapes and instability development in both DC and AC uniform electric field. The tool also fits well, when displacement is involved, as non uniform electric field is applied, with simplified analytical models. At this point, we do think that our numerical tool can be extended to deal with more general electrohydrodynamic problems.; Un nouvel outil numérique pour prédire le mouvement et la déformation de particules sous champ électrique dans les microsystèmes biologiques est proposé. Ce moyen permettra à terme l'optimisation de labopuces dans les premières phases de conception. Le phénomène utilisé pour manipuler les particules est la diélectrophorèse associée au mouvement dû à la polarisation des diélectriques sous champ électrique non uniforme. L'outil numérique utilisé pour le suivi des interfaces mobiles sous champ électrique est la Méthode Intégrale aux Frontières (MIF). Les écoulements sont supposés irrotationnels. Par cet outil, nous avons réussi à retrouver les résultats de Taylor sur l'instabilité des gouttes sous champ uniforme. Les résultats du déplacement des gouttes sous champ non uniforme montrent un bon accord également entre les simulations et des modèles analytiques approchés. L'état de développement de l'outil MIF nous permet d'envisager son extension vers des problèmes électrohydrodynamiques encore plus riches.

This paper focuses on the lubrication behavior of starved elliptical Elasto-HydroDynamic (EHD) contacts. Starvation is governed by the amount of lubricant available in the inlet region and can result in much thinner films than occurring under fully flooded conditions. Therefore, it would be desirable to be able to predict the onset and severity of starvation and to be able to relate film reduction directly to the operating conditions and lubricant properties. The aim of this work is to explore the influence of these parameters on starvation. A combined modeling and experimental approach has been employed. The numerical model has been developed from an earlier circular contact study [1]. In this model, the amount and distribution of the lubricant in the inlet region determines the onset of starvation and predicts the film decay in the contact. Numerical simulations for a uniform layer on the surface show that a single parameter, characteristic of the inlet length of the contact in the fully flooded regime, determines the starved behavior. Film thickness measurements under starved conditions were performed to validate this theory. For a circular contact excellent agreement was found. In theory the same mechanism applies to elliptic contacts, however, the behavior is more complicated.

We consider an insulating isothermal fluid subjected to a COULOMB force which results from an ionic injection by one electrode in different situations. These roay have connections with certain problems met with in, geophysics and in astrophysics . Firstly, we study the electrohydro-dynamic (E.H.D.) stability of a spherical shell in the absence of rotation. The critical conditions of stability are determined for a wide range of the system parameters : for weak injections to strong ones ; by either inner or outer électrode ; and for a ratio of the radii which varies over a large range of its permitted values. Next, the influence of rotation on E.H.D. stability is studied in the case of a plane layer. The results emphasise the close analogy of behaviour with the RAYLEIGH -BENARD problem between rotating planes. These theoretical studies, and the first expérimental results in the case of a liquid between two planes lying at a small angle, form the preliminary stages in the obtainment of different types of flows in spherical or quasi-spherical geometry, with or without rotation., Nous considérons un fluide isotherme isolant soumis à une force COULOMB qui résulte d'une injection ionique par une électrode dans des situations différentes. Ce groupe a des liens avec certains problèmes rencontrés en géophysique et en tant que trophées. Dans un premier temps, nous étudions la stabilité électrohydro-dynamique (E.H.D.) d'une coque sphérique en l'absence de rotation. Les conditions critiques de stabilité sont déterminées pour un large éventail de paramètres du système: pour les injections faibles à fortes; par l'électrode interne ou externe; et pour un rapport des rayons qui varie sur une large gamme de ses valeurs autorisées. Ensuite, l'influence de la rotation sur E.H.D. la stabilité est étudiée dans le cas d'une couche plane. Les résultats soulignent l'analogie étroite du comportement avec le problème RAYLEIGH -BENARD entre les avions en rotation. Ces études théoriques, et les premiers résultats expérimentaux dans le cas d'un liquide entre deux plans à petit angle, constituent les étapes préliminaires dans l'obtention de différents types d'écoulements en géométrie sphérique ou quasi-sphérique, avec ou sans rotation.