Modélisation de l'hydrodynamique et des transferts de chaleur dans des microcanaux à parois rugueuses.

The objective of this thesis was to determine the effect of roughness on the flow and the heat transfers in microchannels. We carried out three-dimensional numerical simulations in order to characterize the interactions between the single-phase liquid flow and the rough elements. These calculations revealed that the flow in the rough near wall region can be modelled as two-dimensional. Consequently, 2D numerical simulations were employed in order to determine the drag and heat transfer coefficients. These results were used in a one-dimensional model RLM (Rough Layer Model) based on the discrete elements method. The friction coefficient in a rough microchannel resulting from the RLM model was compared with the experimental results obtained for microchannels with roughness elements of controlled form and distribution. This comparison showed a good agreement between the two approaches. This means that the influence of roughness in microchannels is not changed when compared to the influence observed in conventional size ducts. The analysis of the results showed that the influence of roughness depends on the local geometrical parameters (porosity and fractionation) when the relative height of the roughness elements (k/0.5H) is lower than 0.5. We also showed the possibility to employ RLM model in order to determine the thermal performance of micro heat exchangers equipped with pin fins.L'objectif de cette thèse était de cerner l'effet de la rugosité sur l'écoulement et les transferts de chaleur. Nous avons mené des calculs numériques tridimensionnels afin de caractériser les interactions entre l'écoulement du liquide en simple phase et les éléments rugueux. Ces calculs ont révélé que l'écoulement dans la région rugueuse peut être modélisé comme bidimensionnel. Par conséquent, les calculs 2D ont été employés afin de déterminer le coefficient de traînée et le coefficient d'échange de chaleur. Ces résultats ont été utilisés dans un modèle unidimensionnel baptisé RLM développé parallèlement et basé sur la méthode des éléments discrets. Le coefficient de frottement dans un microcanal rugueux issu du modèle a été comparé aux résultats expérimentaux obtenus pour des microcanaux avec des rugosités de forme et de distribution contrôlées. Cette comparaison a montré un bon accord entre les deux approches. Ceci signifie que l'influence de la rugosité dans des microcanaux n'est pas changée par rapport à l'influence observée dans les conduits de taille conventionnelle. L'analyse des résultats a montré que l'influence de la rugosité dépend des paramètres géométriques caractéristiques locaux (porosité et fractionnement) lorsque la hauteur relative (k/0.5H) des éléments est inférieure à 0.5. Nous avons aussi montré la possibilité d'employer le modèle RLM afin de déterminer la performance thermique des échangeurs munis de micro-ailettes