Mélange et chauffage de fluides complexes à l’aide d’un échangeur de chaleur à effet d’advection chaotique

L’objectif de cette étude est la caractérisation d’un nouveau concept d’échangeur de chaleur appelé échangeur à effet d’advection chaotique en vue de son application industrielle pour le traitement de produits alimentaires. L’advection chaotique étant la production de trajectoires chaotiques en régime laminaire, cet échangeur est donc particulièrement adapté pour le chauffage et/ou le mélange des fluides complexes. Les performances de l’échangeur chaotique sont comparées à celles d’un échangeur hélicoïdal.

Une étude expérimentale est d’abord effectuée avec plusieurs fluides new-toniens de viscosité différente afin de caractériser l’échangeur pour une large gamme de nombres de Reynolds. A faible nombre de Reynolds le transfert de chaleur est plus important et le chauffage plus homogène en configuration chaotique, sans augmentation de la dépense energétique. Il existe un optimum d’amélioration des performances thermiques de l’échangeur chaotique par rapport à l’échangeur héliocoïdal pour un nombre de Reynolds de 250. A haut nombre de Reynolds, la configuration n’a plus d’influence sur les transferts de chaleur. La deuxième partie de l’étude expérimentale concerne un fluide newtonien, mais avec un retard en terme de nombre de Reynolds de l’effet de l’advection chaotique sur le transfert de chaleur et le mélange. Enfin l’étude numérique a permis d’étudier l’influence d’un plus grande nombre de paramètres sur le transfert de chaleur en régime d’advection chaotique (indice de comportement, convection mixte).