Flow Typology of Gas-Liquid Dispersed inside Microchannels at high Throughputs

Typologie de l'écoulement de systèmes diphasiques gaz-liquide à l'intérieur de microcanaux à fort débit d'injection

Julian R. Sepúlveda (1) , Dominique Della Valle (2) , Catherine Loisel (1) , Alain Riaublanc (3) , Agnès Montillet (1)

1 GEPEA-MAPS2 - Matrices Aliments Procédés Propriétés Structure - Sensoriel
2 ONIRIS - École nationale vétérinaire, agroalimentaire et de l'alimentation Nantes-Atlantique
3 BIA - Unité de recherche sur les Biopolymères, Interactions Assemblages

: This study investigated the genesis of a train of bubbles and its evolution during its first moments in a microfluidic system. Newtonian and non-Newtonian solutions were injected at a rate of 11 Lh-1 ; a much higher rate than those conventionally encountered in classical microfluidic applications. Non-Newtonian model solutions prepared from different concentrations of Xanthan and containing a fixed content of whey proteins were evaluated in order to understand the behavior of formulations containing biosourced products commonly used in the food industry. In parallel, other solutions were tested in order to study the influence of various parameters such as viscosity and to clarify the role of biosourced molecules. The use of a High-speedcamera made it possible to follow the evolution of bubbles at a speed of about 20 ms-1. The different flowtypologiesobserved were analyzed according to the Reynolds number mainly. Thisstudy was also interested in the parameters favoring the deformation of the bubbles and the mechanisms of bubble rupture. The presence of Xanthan molecules clearly induces bubble stabilization within the microchannel itself. An empirical model based on dimensional analysis is finally proposed to provide an equivalent diameter of the bubbles formed within the microchannel

Cette étude s'est intéressée à la genèse d'un train de bulles et à son évolution au cours de ses premiers instants au sein d'un système microfluidique. Des solutions de caractères Newtonien et non-Newtonien ont été injectées avec un débit de 11 L h-1 ; soit à un débit largement supérieur que ceux classiquement mis en oeuvre dans un microcanal. Des solutions modèles Non-Newtoniennes préparées à partir de différentes concentrations de Xanthane et contenant une teneur fixe en protéines sériques ont été testées afin d'appréhender le comportement de formulations contenant des produits biosourcés utilisés dans l'industrie agroalimentaire. Parallèlement, d'autres solutions ont été mises en oeuvre afin d'étudier l'influence de différents paramètres comme la viscosité, ou encore de préciser le rôle des molécules biosourcées. L'utilisation d'une caméra rapide a permis de suivre l'évolution de bulles à une vitesse d'environ 20 ms-1. Les différentes typologies d'écoulement observées ont été analysées en fonction du nombre de Reynolds notamment. L'étude s'est également intéressée aux paramètres favorisant la déformation des bulles et aux mécanismes de rupture de celles-ci. La présence de molécules de Xanthane induit clairement une stabilisation des bulles au sein même du microcanal. Un modèle empirique basé sur l'analyse dimensionnelle est enfin proposé afin de prévoir un diamètre équivalent des bulles formé au sein du microcanal.

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]; Génie des procédés

Julian R. Sepúlveda, Dominique Della Valle, Catherine Loisel, Alain Riaublanc, Agnès Montillet. Typologie de l'écoulement de systèmes diphasiques gaz-liquide à l'intérieur de microcanaux à fort débit d'injection. Congrès Français de Mécanique, Aug 2019, Brest, France. ⟨hal-02360986⟩