Influence d'une onde acoustique (Eckart streaming) sur la séparation des espèces d'une solution binaire dans le champ de gravité

Marie-Catherine Charrier-Mojtabi , Xavier Jacob , Abdelkader Mojtabi

On étudie dans ce travail, l'influence d'une onde ultrasonore (Eckart streaming) sur la séparation des espèces d'un fluide binaire. Sous certaines conditions, l'onde ultrasonore peut induire un champ de vitesses stationnaire à grande échelle. Si la position du transducteur dans la cellule est convenablement choisie, on peut générer un écoulement monocellulaire et obtenir une séparation des espèces. On présente une solution analytique pour des cellules de grand rapport d’aspect (écoulement de type parallèle) et numérique obtenue à l’aide d’un code aux éléments finis de l'écoulement de convection mixte généré par l'Acoustic Streaming au sein d'une solution binaire. La cavité contenant la solution binaire est horizontale et soumise à un gradient thermique vertical. Les deux parois horizontales, imperméables à la matière, sont maintenues à des températures constantes et différentes. Les parois verticales sont adiabatiques et la paroi opposée à celle contenant le transducteur est parfaitement absorbante. L'écoulement généré par l'action des ondes ultrasonores, émises par un transducteur placé en haut d’une paroi verticale de la cellule, se combine alors à celui généré par le gradient thermique. On dispose ainsi, par ce procédé, de deux paramètres de contrôle pour agir sur la séparation des espèces qui sont le paramètre acoustique A et le nombre de Rayleigh, Ra. Le problème étudié dépend de six nombres adimensionnels. Pour des valeurs du paramètre acoustique A et de l’épaisseur relative de la source acoustique données, on étudie l’influence de Ra sur la séparation, pour un nombre de Lewis et de Prandtl fixés. De plus on étudie l’influence des caractéristiques du faisceau d’ondes ultrasonores, compte tenu de l’hypothèse faite sur l’uniformité du faisceau et sa non interaction avec la paroi horizontale du haut. Les résultats analytiques sont en très bon accord avec les résultats obtenus numériquement en utilisant le logiciel COMSOL.

Mots clés: Acoustic streaming; effet Soret; séparation des espèces; thermodiffusion

Domaines: Mécanique [physics]

Marie-Catherine Charrier-Mojtabi, Xavier Jacob, Abdelkader Mojtabi. Influence d'une onde acoustique (Eckart streaming) sur la séparation des espèces d'une solution binaire dans le champ de gravité. CFM 2013 - 21ème Congrès Français de Mécanique, Aug 2013, Bordeaux, France. ⟨hal-03440005⟩