Intensification des Transferts dans les Suspensions cisaillées – ITS

L'objectif est d'étudier une source de transfert de chaleur qui est spécifique aux suspensions : la diffusion induite par cisaillement. Ce phénomène apparaît dans les suspensions soumises à un écoulement lorsque la composante aléatoire du mouvement des particules due aux interactions hydrodynamiques est beaucoup plus grande que celle résultant du mouvement Brownien. On se limitera donc aux suspensions pour lesquelles le nombre de Péclet est grand ; ce qui inclut une gamme importante d'écoulement de suspensions comme par exemple la diffusion des globules rouges dans les écoulements sanguins.

Pour comprendre ce phénomène, considérons une particule marquée qui se trouve immergée dans une suspension visqueuse soumise à un cisaillement simple. En l'absence de l'effet des interactions hydrodynamiques, des forces inertielles et du mouvement Brownien, la particule ne subit aucune dérive et suit simplement les lignes de courant de l'écoulement. En revanche, lorsque cette particule interagit avec les autres particules de la suspension, elle est soumise à une série de déplacements aléatoires perpendiculaires aux lignes de courant qui, tous mis ensemble, constituent une ``marche aléatoire''. Ce processus s'apparente fortement à de la diffusion moléculaire classique, sauf qu'ici le caractère diffusif du mouvement des particules n'est pas causé par l'agitation thermique (qui est négligeable) mais par le grand nombre d'interactions hydrodynamiques et par le réarrangement permanent de la microstructure de la suspension.

Les particules jouent dans le fluide le rôle d'autant de petits ``agitateurs''. Les questions qui se posent alors sont de savoir quel est l'effet de cette agitation sur le transfert de chaleur ? Peut-on profiter de l'agitation des particules pour augmenter les performances du dispositif en terme d'échange de chaleur ? Quel sera l'influence de la taille des particules, de leur fraction volumique et du cisaillement imposé sur le transfert de chaleur ? Peut-on décrire la suspension simplement tel un fluide effectif ayant une conductivité effective ?