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Exploration de l'effet Klinkenberg à différentes échelles

Abstract

L'introduction du phénomène de glissement pour des écoulements fortement raréfiés conduit, pour les milieux poreux, à une modification du débit en fonction de la perte de charge. Cette modification, introduite par Klinkenberg, aboutit, pour un milieu saturé, à une loi de Darcy dont le coefficient de conductivité dépend du nombre de Knudsen Kn. Cette dépendance avec le nombre de Knudsen, pour un écoulement de Poiseuille, peut être déduite de la vitesse de glissement proposée par Cercignani. Il n'en est pas nécessairement de même pour un réseau de canaux. Pour mieux cerner le domaine de validité de la loi de Klinkenberg, nous analysons l'écoulement faiblement raréfié (de continu à transitionnel) dans un réseau élémentaire de micro-canaux pour lequel le nombre de Knudsen est multiplié par 2 ou 4 par division de la hauteur H d'un canal générateur. L'écoulement est simulé avec le modèle BGK-Hermite présenté, en particulier lors des journées CFM de 2009 et 2011 [1]. Ce modèle a été développé pour les écoulements à grand spectre de Knudsen. Le fluide considéré est un gaz parfait et les conditions aux limites sont de type diffuses sur les parois et périodiques entre l'entrée et la sortie. Les simulations sont réalisées à débit constant. Les résultats sont comparés à ceux obtenus à l'aide des équations de Navier-Stokes périodiques avec vitesse de glissement du second ordre en Kn aux parois. La transition entre zones à différents Knudsen a été modélisée pour imposer une vitesse continue. L'écoulement est généré par une force volumique constante. La communication proposée discutera la dépendance de la conductivité hydraulique en fonction du nombre de Knudsen. [1] L. de Izarra, J.L. Rouet, B. Izrar,2011, High orders lattice Boltzmann models for gas flows on a wide range of Knudsen number, Phys. Rev. E 84, 06670

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