Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

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Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
Lyon
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Advection chaotique

Advection chaotique

L’advection chaotique permet de mélanger dans un écoulement à faible nombre de Reynolds, typiquement dans des systèmes de petite taille. L’effet du chaos est d’étirer puis replier le fluide, comme le boulanger lorsqu’il fabrique sa pâte. Un exemple de tels étirement-repliements est visible sur la figure (simulation numérique du transport de fluide dans un mélangeur industriel Kenics$^®$). Lorsque les structures deviennent suffisamment fines, elles se mélangent rapidement par diffusion moléculaire.

Les mélangeurs en ligne sont constitués par une série d’éléments identiques, comme par exemple sur cette portion de mélangeur Kenics$^®$. Dans un mélangeur "idéal", les temps de transit des particules dans le mélangeur sont tous identiques (la distribution est un "Dirac"). Or, nous avons montré que les distributions des temps de parcours pour un élément sont loin d’être idéales, du fait de la présence des parois solides au voisinage desquelles les particules peuvent rester longtemps (la vitesse y étant très faible) avant de ressortir.

Lorsque le scalaire est la température, on peut réaliser un mélangeur également excellent échangeur de chaleur, très utile pour les réactions fortement exothermiques, appelé échangeur multi-fonctionnel.

En utilisant des écoulements chaotiques tridimensionnels périodiques en temps, on peut créer des structures en "lasagne" (deux directions d’étirement et une de contraction), ou, si l’on inverse l’écoulement (deux directions de contraction et une d’étirement), des structures en "spaghettis". Or, le temps de mélange est identique pour les deux écoulements !