WO2020148501A1 - Element generating a chaotic advection flow - Google Patents

Element generating a chaotic advection flow Download PDF

Info

Publication number
WO2020148501A1
WO2020148501A1 PCT/FR2020/050044 FR2020050044W WO2020148501A1 WO 2020148501 A1 WO2020148501 A1 WO 2020148501A1 FR 2020050044 W FR2020050044 W FR 2020050044W WO 2020148501 A1 WO2020148501 A1 WO 2020148501A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
channel
cylindrical body
groove
helical
generator
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/050044
Other languages
French (fr)
Inventor
Yves Le Guer
Kamal EL OMARI
Original Assignee
Universite De Pau Et Des Pays De L'adour
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universite De Pau Et Des Pays De L'adour filed Critical Universite De Pau Et Des Pays De L'adour
Publication of WO2020148501A1 publication Critical patent/WO2020148501A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0265—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/433—Mixing tubes wherein the shape of the tube influences the mixing, e.g. mixing tubes with varying cross-section or provided with inwardly extending profiles
    • B01F25/4331—Mixers with bended, curved, coiled, wounded mixing tubes or comprising elements for bending the flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/434—Mixing tubes comprising cylindrical or conical inserts provided with grooves or protrusions
    • B01F25/4341—Mixing tubes comprising cylindrical or conical inserts provided with grooves or protrusions the insert being provided with helical grooves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation

Definitions

  • the invention falls within the field of mixing processes which are particularly common in industrial devices such as a heat exchanger, a mixer or a chemical reactor. More specifically, the present invention relates to an element for generating a chaotic advection flow in a fluid to improve the mixing process or heat exchange.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing such a generator element.
  • the present invention also relates to a mixing exchanger with a chaotic advection effect comprising at least one such generator element.
  • a cold or hot fluid is circulated in a conduit in contact with another fluid to achieve heat transfer.
  • a heterogeneous mixture induces unequal heat transfers according to the zones in the duct and can cause overheated zones and cold zones, thus inducing energy losses.
  • it is essential that the mixing between several fluids is optimal because insufficient and / or inhomogeneous mixing results in inferior products. .
  • plane of curvature is meant the plane containing the center of curvature and the tangent of the arcuate portion of the curved portion.
  • Figure 1A illustrates a curved portion of a pipe 1 of the prior art.
  • the flow of the fluid is represented by a stream line 2.
  • two curved portions constituting the duct must delimit two planes of curvature oriented between them so as to introduce a geometric discontinuity of the flow of the fluid by variation in space of the planes of curvature.
  • the planes of curvature are therefore offset in space and may for example be orthogonal.
  • FIG. 2 represents another example of a known conduit 5 which makes it possible to generate chaotic advection.
  • the duct has a fluid inlet A and a fluid outlet B.
  • the duct here for example forms an open circuit. It comprises a set of rectilinear hollow elements 6, 7, 8, 9 and curved hollow elements 10, 11, 12.
  • the fluid flows from the inlet A to the outlet B through the hollow elements.
  • the planes of curvature associated respectively with the curved elements 10, 11 and 12 are oriented in different orientations.
  • the plane of curvature P1 associated with the curved element 10 and the plane of curvature P2 associated with the curved element 11 have different orientations.
  • the present invention proposes a new element generating chaotic advection which overcomes the drawbacks described above.
  • a chaotic advection generating element comprising an elongated body comprising a main axis, and at least one channel, said channel being formed along a generatrix resulting from a superposition of a helical curve developed along said main axis and of a wavy curve developed on either side of said helical curve so as to present at least two planes of curvature oriented in two different orientations.
  • the generating element comprises a cylindrical body and a tube, the tube surrounding the cylindrical body, the outer wall of the cylindrical body comprising at least one groove, said groove being formed along said helical generatrix. corrugated, the dimension of the tube being adjusted so that the inner wall of the tube closes the groove to form the channel.
  • the outer wall of the cylindrical body comprises two grooves capable of receiving a seal, the grooves being positioned on either side of said groove to seal the channel when the tube and the cylindrical body are assembled.
  • the generator element comprises a first channel and at least a second channel, said second channel being parallel to the first channel.
  • the generator is a sine-helical generator resulting from a superposition of a helical curve developed along the main axis and a sinusoidal curve developed on either side of said helical curve so as to present at least two planes of curvature oriented in two different orientations.
  • the generator element comprises at least two coaxial bodies elongated along a main Z-Z axis, each of said at least one elongate body comprising at least one closed channel.
  • the invention also relates to a mixing exchanger comprising at least one element which generates chaotic advection according to the invention in which the channel comprises an inlet (A ') and an outlet (B') so as to form an open circuit allowing circulation. of a fluid to be mixed or subjected to a thermal flow from the inlet to the outlet.
  • the channel is formed in the elongated body
  • the channel is formed on at least a portion of the outer wall of the elongated body
  • the elongated body is a cylindrical body
  • the elongated body is a hollow body
  • the section of the elongated body varies depending on the main axis.
  • the advection generator of the present invention is particularly compact unlike the prior art generators while ensuring a homogeneous and efficient mixture.
  • FIG. 1 shows respectively the formation of Dean cells on either side of a median plane of a curved duct with a profile view (A), in a duct of rectangular section with a sectional view along AA ( B) and in a duct of circular section with a sectional view along AA (C);
  • FIG. 2 shows a prior art embodiment of a chaotic advection conduit
  • FIG. 3 shows a perspective view of the cylindrical body provided with a groove and two grooves arranged on either side of the groove intended to receive a seal according to a first embodiment of the invention
  • FIG.4 shows an example of a parameterized sine-helical generator obtained by the superposition of a helical curve at constant pitch and a sine curve on either side of the helical curve;
  • FIG.5 shows a sectional view of an area of the groove and two grooves of Figure 3;
  • FIG. 6 shows a partial sectional view of an element generating a chaotic advection flow according to a first embodiment of the invention comprising the cylindrical body of FIG. 3 and a tube at the time of insertion of the body. cylindrical in the tube to close the groove;
  • FIG. 7 shows a perspective view of an element generating a chaotic advection flow according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 8 shows a top view of the generator element of figure 7.
  • the elongated body of the advection generating element is a cylindrical body 101 of circular cross section disposed in a Cartesian coordinate system (0, x, y, z).
  • the cylindrical body may be a cylinder of elliptical, square, rectangular, semi-circular or any other shape.
  • the main axis of the cylinder is oriented along the zz axis.
  • the rest of the invention is described for a cylindrical body.
  • the present invention is not limited only to this cylindrical geometric shape.
  • the elongated body may also have a section that varies along the z-z axis.
  • the cylindrical body is a solid body.
  • the cylindrical body may be a hollow body, comprising an inlet and an outlet allowing the injection of a fluid and the circulation of the fluid from the inlet to the outlet. .
  • the wall 102 of the cylindrical body comprises an example of a groove 103 whose shape in space is given by a generatrix 105 of sinus-helical shape.
  • sine-helical generator is meant a curve resulting from a superposition of a helical curve with variable pitch or constant pitch developed along the main axis of the cylinder and a sinusoidal curve developed on either side of the curve helical.
  • the shape of the groove 103 can be given by a generatrix resulting from a superposition of a helical curve with variable pitch or at constant pitch and a wavy curve developed on either side of the helical curve.
  • the sinus-helical generator is a special case.
  • the method for producing the generator of the sinus-helical type includes a step of parameterization of a conventional constant-pitch propeller which develops on a cylinder on which we will superimpose a sinusoid.
  • the parameterization step is defined by the following equation: [Math. 1]
  • R is the radius of the helix
  • p is the pitch of the helix
  • cR is the amplitude of the sinusoid
  • b is the number of sinusoids per revolution.
  • the shape of the groove is formed according to the parameterized curve 105 of FIG. 4 also called a sinus-helical generator.
  • the groove 103 has a quadrilateral section as in the example illustrated in FIG. 5. It can also be of polygonal section (square, rectangular, etc.), or even semi-circular.
  • the section of the groove can also vary along the generator.
  • the production of the groove can be carried out by machining in the material of the cylindrical body.
  • the groove can be made along the cylindrical body along the main z-z axis. As a variant, the groove can be made on a portion of the cylindrical body.
  • the groove size and groove shape are determined by the size and shape of the cutter head used.
  • the depth of the groove is adjusted according to the penetration of the cutter into the cylindrical body.
  • the generator element further comprises a tube 106 with a cylindrical cavity 108.
  • the size of the cavity is adjusted to accommodate the body.
  • cylindrical 101 so that the inner wall 107 of the tube closes the groove 103 to form the channel 110.
  • the tube 106 and the cylindrical body 101 are coaxial when they are assembled.
  • the tube and the cylindrical body have the same length.
  • the channel having the specific shape of a sine-helical curve has curved portions which delimit planes of curvature P1, P2 oriented in different orientations as illustrated in Figure 3. More precisely, along the development of the channel around the cylindrical body following the generatrix, the planes of curvature of the successive curved portions have different orientations. Thus we change the direction of the centrifugal forces from one curved portion to another curved portion, which changes the direction of the centrifugal forces and reorients the Dean cells. The variation in orientation in space of the planes of curvature from one curved portion to another introduces a geometric discontinuity between neighboring streamlines in the flow, generating different trajectories from one curved portion to another in a same channel. The fluid particles circulating in the channel are therefore caused to follow a so-called chaotic trajectory along the channel, generating the phenomenon of chaotic advection which allows a more homogeneous mixture to be ensured.
  • chaotic trajectories we mean trajectories that are complex in space but deterministic for laminar flow.
  • the central cylindrical body comprises two grooves 109, 109 ′ arranged on either side of the groove 103.
  • the machining of the two grooves is carried out by means of a milling having a dimension adapted.
  • the two grooves also follow a sinus-helical generatrix and are parallel to the groove 103.
  • Each groove receives a seal, for example of the elastomeric rope seal type.
  • the cylindrical body 101 provided with the two seals arranged on either side of the groove is then inserted into the tube 106 so that the inner wall 107 closes the groove to form the channel. The latter is sealed by the presence of two seals arranged in the grooves 109, 109 '.
  • the chaotic advection generating element comprises a cylindrical body in one piece and a channel having a sinus-helical shape, the channel being formed within the cylindrical body.
  • the sinus-helical channel is formed on the outer wall of the cylindrical body.
  • the chaotic advection generating element comprises a cylindrical body and a channel having a sinus-helical shape, the channel being an attached part which is wound around the cylindrical body on the outer wall. of the cylindrical body following the shape of a generator which is sinus-helical.
  • a method of manufacturing a chaotic advection generating element according to the first embodiment will now be described. More specifically, a method is described for manufacturing a generator element comprising a sinus-helical channel in a straight cylindrical body of circular section.
  • the method comprises a first parameterization step in which the geometric parameters of the sine-helical generator are defined:
  • the ranges of values are chosen according to the size of the exchanger or the mixer in which the cylindrical body is integrated. In the case of a microfluidic system, it is on the order of a few tens of microns. In the case of an industrial heat exchanger, for example, it is of the order of a few centimeters.
  • the method comprises a second step in which the parameterized curve is plotted on the wall of a cylindrical body.
  • the curve can be traced on the cylinder wall using a CNC machining machine.
  • the method includes a third step in which a cylindrical milling tool is positioned whose axis is perpendicular to the main axis of the cylindrical body.
  • the cutter is driven to a predetermined depth and then follows the generatrix formed in the first step to machine the groove on the wall of the cylindrical body.
  • the dimension of the groove and the shape of the section of the groove are directly defined by those of the head of the cutter and the speed of its advance through the material.
  • the process includes a fourth step in which two sealing grooves are made in the same way as in the third step on either side of the groove.
  • the dimensions of the grooves are defined according to the diameter of the seal chosen. Then, a seal, for example of the rope type, is placed in each of the two grooves.
  • the method comprises a fifth step in which a tube is slipped over the cylindrical body to close the groove to form a sealed channel.
  • the shrinking technique is used to assemble the cylindrical body and the tube. In this case, it is no longer necessary to machine the grooves to place the gaskets in order to guarantee the seal.
  • the manufacturing process of the chaotic advection generator element is simplified.
  • the manufacturing process can be an additive process (3D printing) in which the channel is directly formed during 3D printing. of the cylindrical body. In this particularly advantageous embodiment, it is therefore no longer necessary to machine the sealing grooves.
  • the method of manufacturing the chaotic advection generating element is very easy to implement. It is very easy to adjust the geometric parameters of the channel in order to optimize the chaotic mixing at a very competitive cost.
  • the generator element of the present invention is very compact unlike the generator elements of the prior art, due to the development of a sinus-helical channel around a cylindrical body.
  • the chaotic advection generating element of the present invention can be very easily implemented to form a mixing exchanger.
  • the mixer exchanger comprises an advection generating element as described above with the ends of the channel open to provide an open circuit.
  • the channel has an open inlet A ’and an open outlet B’ which open respectively to the two bases of the central cylindrical body.
  • the inlets and outlets can also be located on the top and bottom curved parts of the cylinder.
  • the mixing exchanger may comprise a series of elements generating chaotic advection and arranged end to end. The open end of the channel of one generator element is placed opposite the open end of the channel of the next element.
  • the assembly between two elements can be carried out by any suitable means which allows easy assembly and disassembly. These means can be flanges or fittings.
  • the central cylindrical body 101 is hollow. Another fluid is circulated which heats or cools the wall of the channel in order to effect heat transfer between the fluid circulating in the channel and the fluid circulating in the hollow central cylindrical body. Thanks to the wavy or sinusoidal helical shape of the channel, the particles of the fluid circulating in the channel follow chaotic trajectories, which makes it possible to obtain perfectly homogeneous heating.
  • the advection generator 100 is inserted into another tube.
  • a heat transfer fluid is circulated in an annular space between the tube and the advection generator in order to heat or cool the fluid flowing inside the channel.
  • the cylindrical body is no longer necessarily hollow.
  • the cylindrical body is solid but comprises two parallel sinusoidal or wavy helical channels. between them and which form two distinct circuits.
  • the two fluids circulate in parallel but in opposite directions so as to create a counter-current heat exchanger. It is also possible to have the two fluids circulate in the same direction, in this case the exchanger will be co-current.
  • the cylindrical body may successively comprise a portion comprising a main channel and a portion comprising two subchannels issuing from the main channel, the subchannels also having a sinus-helical shape.
  • the main channel can divide into two subchannels after a half-turn of the cylinder and then reform higher and again divide periodically. Periodically dividing the streams in this way also improves mixing and / or exchange.
  • the dynamic parameters of the fluid flow which can be free or controlled.
  • a controlled flow it is possible, for example, to adjust the flow and possibly the frequency and amplitude of the pulsation imposed on the flow. This adjustment can be made, for example, by controlling a pump.
  • mixer exchanger in order to obtain, for example, an emulsion, two fluids of different viscosity are injected as well as a surfactant into the channel to produce a chaotic mixture.
  • the mixer exchanger As part of the use of the mixer exchanger as a chemical reactor, several reactive fluids are injected at the inlet of the channel. The chemical reaction will take place all along the canal. The reaction efficiency will be better than in the case of an existing chemical reactor due to the quality of the chaotic mixing.
  • the chaotic advection generator element comprises a first central cylindrical body 200 and a second cylindrical body 300, the two bodies being coaxial along an axis ZZ.
  • Each of the cylindrical bodies respectively comprises one or more closed channel 210, 310, the shape of which in space is given by the generator of sinus-helical shape as in the case of the other embodiments.
  • the central cylindrical body 200 is a solid body.
  • the central cylindrical body may be a hollow body, comprising an inlet and an outlet allowing the injection of a fluid and the circulation of the fluid from the inlet to the exit.
  • the wall of the central cylindrical body 200 includes a groove whose shape in space is given by a generatrix 105 of sinus-helical shape.
  • the groove is closed by the inner wall of the second cylindrical body 300 to form the closed channel 210.
  • the two cylindrical bodies have the same length.
  • the wall of the second cylindrical body 300 includes a groove whose shape in space is given by a generatrix 105 of sinus-helical shape.
  • the groove is closed by the inner wall of a hollow tube to form the closed channel 310.
  • the two coaxial cylindrical bodies are in one piece.
  • the generating element is produced by 3D printing.
  • the channels by a molding technique.
  • This technique could be applied in the case of closed sinus-helical cooling channels arranged in cylinder heads of heat engines which are generally made of aluminum cast around the cylinders.
  • the advection generating element may include a plurality of cylinders.
  • the sinus-helical channels can be formed only on certain portions around the cylinder and can meet for example between two cylinders.
  • the generator element can comprise more than two coaxial cylindrical bodies and is therefore not limited to the example illustrated in FIG. 7.
  • the cylindrical body of smaller diameter, for example the cylinder 300 in FIG. 7 may comprise one or more vertical straight channels in the central part close to the axis of the cylinder and parallel to the latter.
  • the chaotic advection generating element can also be used in a separation process, for example a membrane separation process.

Abstract

The present invention relates to an element (100) generating a chaotic advection flow, comprising an elongate body (101) comprising a main axis Z-Z, and a closed canal (110), said canal being formed along a generatrix resulting from the superposition of a helicoidal curve developed along said main axis and of an undulating curve developed on each side of said helicoidal curve so as to exhibit at least two planes of curvature oriented in two different orientations. Such an element that generates a chaotic advection flow can be used in heat exchangers, conventional mixers, chemical reactors or in any other device requiring uniform mixing of fluid particles in order to achieve optimum performance.

Description

ELEMENT GENERATEUR D’UN ECOULEMENT D’ADVECTION GENERATING ELEMENT OF A ADVECTION FLOW
CHAOTIQUE CHAOTIC
Domaine technique Technical area
L’invention relève du domaine des processus de mélange qui sont particulièrement courants dans les dispositifs industriels tels qu’un échangeur de chaleur, un mélangeur ou un réacteur chimique. Plus précisément la présente invention concerne un élément pour générer un écoulement d’advection chaotique dans un fluide pour améliorer le processus de mélange ou l’échange thermique.The invention falls within the field of mixing processes which are particularly common in industrial devices such as a heat exchanger, a mixer or a chemical reactor. More specifically, the present invention relates to an element for generating a chaotic advection flow in a fluid to improve the mixing process or heat exchange.
La présente invention concerne également un procédé pour fabriquer un tel élément générateur. The present invention also relates to a method for manufacturing such a generator element.
La présente invention concerne encore un échangeur mélangeur à effet d’advection chaotique comprenant au moins un tel élément générateur. The present invention also relates to a mixing exchanger with a chaotic advection effect comprising at least one such generator element.
Technique antérieure Prior art
Dans un échangeur de chaleur, on fait circuler un fluide froid ou chaud dans un conduit en contact d’un autre fluide pour réaliser un transfert thermique. Pour améliorer le processus de ce transfert thermique, il est très important que l’autre fluide soit mélangé efficacement afin que le transfert thermique soit homogène le long de la circulation du fluide dans le conduit. Ce critère est d’autant plus vrai lorsque la viscosité du fluide est importante. Un mélange hétérogène induit des transferts thermiques inégaux suivant les zones dans le conduit et peut provoquer des zones surchauffées et des zones froides, induisant ainsi des pertes d’énergie. De même, dans le cas des processus de fabrication industrielle (industrie chimique, pharmaceutique pétrolière, etc..), il est primordial que le mélange entre plusieurs fluides soit optimal car un mélange insuffisant et/ou inhomogène a pour conséquence des produits de qualité inférieure. In a heat exchanger, a cold or hot fluid is circulated in a conduit in contact with another fluid to achieve heat transfer. To improve the process of this heat transfer, it is very important that the other fluid is mixed effectively so that the heat transfer is smooth along the flow of the fluid in the conduit. This criterion is all the more true when the viscosity of the fluid is important. A heterogeneous mixture induces unequal heat transfers according to the zones in the duct and can cause overheated zones and cold zones, thus inducing energy losses. Likewise, in the case of industrial manufacturing processes (chemical industry, petroleum pharmaceutical industry, etc.), it is essential that the mixing between several fluids is optimal because insufficient and / or inhomogeneous mixing results in inferior products. .
Pour résoudre le problème d’inhomogénéité de chauffage et de mélange, il est connu de générer un écoulement en régime d’advection chaotique et d’obtenir un mélange homogène, et ce quelle que soit la viscosité des fluides utilisés. Le phénomène d’advection chaotique, ou encore mélange chaotique est basé sur l’existence de mouvements chaotiques des particules en écoulement laminaire. Pour obtenir ces mouvements chaotiques des particules, on fait circuler le fluide dans un tube ayant une géométrique particulière de manière à imposer aux particules du fluide de suivre des trajectoires chaotiques. Ces trajectoires chaotiques sont générées suite à la combinaison des cellules tourbillonnaires longitudinales dites « cellules de Dean » qui apparaissent au sein des canaux courbes et des changements d’orientation entre un plan de courbure et le plan de courbure suivant. To resolve the problem of inhomogeneity of heating and mixing, it is known practice to generate a flow in a chaotic advection regime and to obtain a homogeneous mixture, regardless of the viscosity of the fluids used. The phenomenon of chaotic advection, or chaotic mixing is based on the existence of chaotic movements of particles in laminar flow. To obtain these chaotic movements of the particles, the fluid is made to circulate in a tube having a particular geometry so as to force the particles of the fluid to follow chaotic trajectories. These chaotic trajectories are generated as a result of the combination of longitudinal vortex cells known as “Dean cells” which appear within the curved channels and changes in orientation between a plane of curvature and the next plane of curvature.
Par plan de courbure, on entend le plan contenant le centre de courbure et la tangente de la portion en arc de cercle de la portion courbe. By plane of curvature is meant the plane containing the center of curvature and the tangent of the arcuate portion of the curved portion.
La Figure 1A illustre une portion courbe d’un conduit 1 de l’état de la technique. L’écoulement du fluide est représenté par une ligne de courant 2. En raison du déséquilibre créé entre le gradient de pression transversal et la force centrifuge qui est liée à la courbure du conduit, de part et d’autre du plan médian 3 du conduit courbe se développent des cellules tourbillonnaires longitudinales ou des trajectoires hélicoïdales contrarotatives pour les particules du fluide. Ces cellules sont appelées cellules de Dean 4 et elles peuvent être générées quelle que soit la forme de la section du conduit. Elle peut être par exemple rectangulaire (Figure 1 B) ou circulaire (Figure 2C). Figure 1A illustrates a curved portion of a pipe 1 of the prior art. The flow of the fluid is represented by a stream line 2. Due to the imbalance created between the transverse pressure gradient and the centrifugal force which is linked to the curvature of the duct, on either side of the median plane 3 of the duct curve develop longitudinal vortex cells or counter-rotating helical paths for the particles of the fluid. These cells are called Dean 4 cells and they can be generated regardless of the shape of the section of the duct. It may for example be rectangular (Figure 1B) or circular (Figure 2C).
Pour pourvoir générer un écoulement laminaire en régime d’advection chaotique, deux portions courbes constitutives du conduit doivent délimiter deux plans de courbure orientés entre eux de manière à introduire une discontinuité géométrique de l’écoulement du fluide par variation dans l’espace des plans de courbure. Les plans de courbure sont de ce fait décalés dans l’espace et peuvent être par exemple orthogonaux. To be able to generate a laminar flow in a chaotic advection regime, two curved portions constituting the duct must delimit two planes of curvature oriented between them so as to introduce a geometric discontinuity of the flow of the fluid by variation in space of the planes of curvature. The planes of curvature are therefore offset in space and may for example be orthogonal.
La Figure 2 représente un autre exemple de conduit 5 connu qui permet de générer l’advection chaotique. Le conduit comporte une entrée de fluide A et une sortie de fluide B. Le conduit forme ici par exemple un circuit ouvert. Il comprend un ensemble d’éléments creux rectilignes 6, 7, 8, 9 et d’éléments creux courbes 10, 11 , 12. Le fluide s’écoule depuis l’entrée A jusqu’à la sortie B à travers les éléments creux. Afin d’obtenir le régime d’advection chaotique, les plans de courbures associés respectivement aux éléments courbes 10, 11 et 12 sont orientés dans des orientations différentes. Comme l’illustre la figure 2, le plan de courbure P1 associé à l’élément courbe 10 et le plan de courbure P2 associé à l’élément courbe 11 présentent des orientations différentes. Lorsque le fluide circule dans un tel conduit, la ou les particules contenues dans le fluide suivent une trajectoire chaotique. FIG. 2 represents another example of a known conduit 5 which makes it possible to generate chaotic advection. The duct has a fluid inlet A and a fluid outlet B. The duct here for example forms an open circuit. It comprises a set of rectilinear hollow elements 6, 7, 8, 9 and curved hollow elements 10, 11, 12. The fluid flows from the inlet A to the outlet B through the hollow elements. In order to obtain the chaotic advection regime, the planes of curvature associated respectively with the curved elements 10, 11 and 12 are oriented in different orientations. As shown in Figure 2, the plane of curvature P1 associated with the curved element 10 and the plane of curvature P2 associated with the curved element 11 have different orientations. When the fluid circulates in such a conduit, the particle or particles contained in the fluid follow a chaotic trajectory.
Problème technique Technical problem
Les conduits connus permettent donc d’améliorer le processus de mélange. Toutefois ces conduits, en raison de la nécessité de décaler dans l’espace les plans de courbure de chaque portion courbe du conduit, présentent un encombrement important dans l’espace. Par ailleurs, il est très difficile d’obtenir un tel conduit formé d’une seule pièce. Il est formé généralement à partir d’un assemblage d’éléments de façon à pouvoir changer l’orientation du plan de courbure au passage d’un élément courbe à l’autre. De ce fait le procédé de fabrication est complexe, long et entraîne un coût de fabrication élevé. Known ducts therefore make it possible to improve the mixing process. However, these ducts, due to the need to offset the planes of curvature of each curved portion of the duct in space, are very bulky in space. Moreover, it is very difficult to obtain such a duct formed in one piece. It is usually formed from an assembly of elements so that the orientation of the plane of curvature can be changed when passing from one curved element to another. As a result, the manufacturing process is complex, long and involves a high manufacturing cost.
La présente invention propose un nouvel élément générateur d’advection chaotique qui permet de remédier aux inconvénients décrits ci-dessus. The present invention proposes a new element generating chaotic advection which overcomes the drawbacks described above.
Exposé de l’invention Disclosure of the invention
Il est proposé un élément générateur d’advection chaotique comprenant un corps allongé comportant un axe principal, et au moins un canal, ledit canal étant formé suivant une génératrice résultant d’une superposition d’une courbe hélicoïdale développée suivant ledit axe principal et d’une courbe ondulée développée de part et d’autre de ladite courbe hélicoïdale de manière à présenter au moins deux plans de courbure orientés dans deux orientations différentes. A chaotic advection generating element is proposed comprising an elongated body comprising a main axis, and at least one channel, said channel being formed along a generatrix resulting from a superposition of a helical curve developed along said main axis and of a wavy curve developed on either side of said helical curve so as to present at least two planes of curvature oriented in two different orientations.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’élément générateur comprend un corps cylindrique et un tube, le tube venant entourer le corps cylindrique, la paroi extérieure du corps cylindrique comprenant au moins un sillon, ledit sillon étant formé suivant ladite génératrice hélicoïdale ondulée, la dimension du tube étant ajustée de sorte que la paroi intérieure du tube vient fermer le sillon pour former le canal. According to one embodiment of the invention, the generating element comprises a cylindrical body and a tube, the tube surrounding the cylindrical body, the outer wall of the cylindrical body comprising at least one groove, said groove being formed along said helical generatrix. corrugated, the dimension of the tube being adjusted so that the inner wall of the tube closes the groove to form the channel.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la paroi extérieure du corps cylindrique comprend deux gorges aptes à recevoir un joint d’étanchéité, les gorges étant positionnées de part et d’autre dudit sillon pour assurer l’étanchéité du canal lorsque le tube et le corps cylindrique sont assemblés. According to a particularly advantageous embodiment, the outer wall of the cylindrical body comprises two grooves capable of receiving a seal, the grooves being positioned on either side of said groove to seal the channel when the tube and the cylindrical body are assembled.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, l’élément générateur comprend un premier canal et au moins un deuxième canal, ledit deuxième canal étant parallèle au premier canal. According to another embodiment of the invention, the generator element comprises a first channel and at least a second channel, said second channel being parallel to the first channel.
De préférence, la génératrice est une génératrice sinus-hélicoïdale résultant d’une superposition d’une courbe hélicoïdale développée suivant l’axe principal et d’une courbe sinusoïdale développée de part et d’autre de ladite courbe hélicoïdale de manière à présenter au moins deux plans de courbure orientés dans deux orientations différentes. Preferably, the generator is a sine-helical generator resulting from a superposition of a helical curve developed along the main axis and a sinusoidal curve developed on either side of said helical curve so as to present at least two planes of curvature oriented in two different orientations.
Selon un autre mode de réalisation, l’élément générateur comprend au moins deux corps coaxiaux allongés suivant un axe principal Z-Z, chacun dudit au moins un corps allongé comprenant au moins un canal fermé. According to another embodiment, the generator element comprises at least two coaxial bodies elongated along a main Z-Z axis, each of said at least one elongate body comprising at least one closed channel.
L’invention concerne également un échangeur mélangeur comprenant au moins un élément générateur d’advection chaotique selon l’invention dans lequel le canal comprend une entrée (A’) et une sortie (B’) de manière à former un circuit ouvert permettant la circulation d’un fluide devant être mélangé ou soumis à un flux thermique depuis l’entrée jusqu’à la sortie. The invention also relates to a mixing exchanger comprising at least one element which generates chaotic advection according to the invention in which the channel comprises an inlet (A ') and an outlet (B') so as to form an open circuit allowing circulation. of a fluid to be mixed or subjected to a thermal flow from the inlet to the outlet.
Selon encore un autre aspect de l’invention, il est proposé un procédé de réalisation d’un élément générateur selon l’invention comprenant les étapes suivantes : According to yet another aspect of the invention, there is provided a method for producing a generator element according to the invention comprising the following steps:
- réalisation sur la paroi extérieure du corps cylindrique d’au moins un sillon suivant une génératrice hélicoïdale ondulée; - realization on the outer wall of the cylindrical body of at least one groove following a wavy helical generatrix;
- réalisation sur la paroi extérieure du corps cylindrique de deux gorges de part et d’autre dudit du sillon, les gorges étant parallèles au sillon; - realization on the outer wall of the cylindrical body of two grooves on either side of said groove, the grooves being parallel to the groove;
- installation d’un joint d’étanchéité dans chacune des gorges ; - installation of a seal in each of the grooves;
- fermeture du sillon en glissant un tube sur le corps cylindrique de sorte que la paroi intérieure du tube vient fermer le sillon pour former un canal étanche. - closing of the groove by sliding a tube on the cylindrical body so that the inner wall of the tube closes the groove to form a sealed channel.
Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre. Elles peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : The characteristics exposed in the following paragraphs can, optionally, be implemented. They can be implemented independently of each other or in combination with each other. others:
- le canal est formé dans le corps allongé ; - the channel is formed in the elongated body;
- le canal est formé sur au moins une portion de la paroi extérieure du corps allongé; - the channel is formed on at least a portion of the outer wall of the elongated body;
- le corps allongé est un corps cylindrique ; - the elongated body is a cylindrical body;
- le corps allongé est un corps creux ; - the elongated body is a hollow body;
- la section du canal varie le long de la génératrice hélicoïdale ondulée ; - the section of the channel varies along the wavy helical generatrix;
- la section du corps allongé varie selon l’axe principal. - the section of the elongated body varies depending on the main axis.
Le générateur d’advection de la présente invention est particulièrement compact contrairement aux générateurs de l’état de la technique tout en garantissant un mélange homogène et efficace. The advection generator of the present invention is particularly compact unlike the prior art generators while ensuring a homogeneous and efficient mixture.
En outre le procédé de fabrication de cette nouvelle forme de générateur d’advection est plus simple à mettre en œuvre par rapport aux procédés connus, permettant ainsi de réduire le coût de fabrication. Brève description des dessins In addition, the manufacturing process for this new form of advection generator is simpler to implement compared to known processes, thus making it possible to reduce the manufacturing cost. Brief description of the drawings
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : Other characteristics, details and advantages of the invention will become apparent on reading the detailed description below, and on analyzing the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 Fig. 1
[Fig. 1], montre respectivement la formation de cellules de Dean de part et d’autre d’un plan médian d’un conduit courbe avec une vue de profil (A), dans un conduit de section rectangulaire avec une vue de coupe selon A-A (B) et dans un conduit de section circulaire avec une vue de coupe selon A-A (C); [Fig. 1], shows respectively the formation of Dean cells on either side of a median plane of a curved duct with a profile view (A), in a duct of rectangular section with a sectional view along AA ( B) and in a duct of circular section with a sectional view along AA (C);
Fig. 2 [Fig. 2] montre une forme de réalisation de l’art antérieur d’un conduit à effet d’advection chaotique; Fig. 2 [Fig. 2] shows a prior art embodiment of a chaotic advection conduit;
Fig. 3 [Fig. 3] montre une vue en perspective du corps cylindrique muni d’un sillon et de deux gorges disposées de part et d’autre du sillon destinées à recevoir un joint d’étanchéité selon un premier mode de réalisation de l’invention; Fig. 3 [Fig. 3] shows a perspective view of the cylindrical body provided with a groove and two grooves arranged on either side of the groove intended to receive a seal according to a first embodiment of the invention;
Fig. 4 Fig. 4
[Fig.4] montre un exemple de génératrice sinus-hélicoïdale paramétrée obtenue par la superposition d’une courbe hélicoïdale à pas constant et d’une courbe sinusoïdale de part et d’autre de la courbe hélicoïdale ; [Fig.4] shows an example of a parameterized sine-helical generator obtained by the superposition of a helical curve at constant pitch and a sine curve on either side of the helical curve;
Fig. 5 Fig. 5
[Fig.5] montre une vue de section d’une zone du sillon et de deux gorges de la figure 3; [Fig.5] shows a sectional view of an area of the groove and two grooves of Figure 3;
Fig. 6 Fig. 6
[Fig. 6] montre une vue de section partielle d’un élément générateur d’un écoulement d’advection chaotique selon un premier mode de réalisation de l’invention comprenant le corps cylindrique de la figure 3 et un tube au moment de l’insertion du corps cylindrique dans le tube pour fermer le sillon ; [Fig. 6] shows a partial sectional view of an element generating a chaotic advection flow according to a first embodiment of the invention comprising the cylindrical body of FIG. 3 and a tube at the time of insertion of the body. cylindrical in the tube to close the groove;
Fig. 7 Fig. 7
[Fig. 7] montre une vue en perspective d’un élément générateur d’un écoulement d’advection chaotique selon un autre mode de réalisation de l’invention ; [Fig. 7] shows a perspective view of an element generating a chaotic advection flow according to another embodiment of the invention;
Fig. 8 Fig. 8
[Fig. 8] montre une vue de dessus de l’élément générateur de la figure 7. [Fig. 8] shows a top view of the generator element of figure 7.
Description des modes de réalisation Description of the embodiments
Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l’essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. The drawings and the description below contain, for the most part, elements of a definite nature. They can therefore not only serve to better understand the present invention, but also contribute to its definition, where appropriate.
Un premier mode de réalisation de l’élément générateur 100 d’un écoulement d’advection chaotique est maintenant décrit en référence aux figures 3, 4, 5 et 6. Dans la figure 3, le corps allongé de l’élément générateur d’advection est un corps cylindrique 101 de section transversale circulaire disposé dans un repère cartésien (0, x, y, z). En variante, le corps cylindrique peut être un cylindre de section elliptique, carrée, rectangulaire, semi-circulaire ou toute autre forme. L’axe principal du cylindre est orienté selon l’axe z-z. A first embodiment of the generator element 100 of a chaotic advection flow is now described with reference to Figures 3, 4, 5 and 6. In Figure 3, the elongated body of the advection generating element is a cylindrical body 101 of circular cross section disposed in a Cartesian coordinate system (0, x, y, z). As a variant, the cylindrical body may be a cylinder of elliptical, square, rectangular, semi-circular or any other shape. The main axis of the cylinder is oriented along the zz axis.
La suite de l’invention est décrite pour un corps cylindrique. Bien entendu la présente invention n’est pas limitée uniquement à cette forme géométrique cylindrique. Le corps allongé peut également avoir une section qui varie selon l’axe z-z. The rest of the invention is described for a cylindrical body. Of course, the present invention is not limited only to this cylindrical geometric shape. The elongated body may also have a section that varies along the z-z axis.
Dans la figure 3, le corps cylindrique est un corps plein. En variante et selon l’utilisation de l’élément générateur, le corps cylindrique peut être un corps creux, comprenant une entrée et une sortie permettant l’injection d’un fluide et la circulation du fluide depuis l’entrée jusqu’à la sortie. In Figure 3, the cylindrical body is a solid body. As a variant and depending on the use of the generator element, the cylindrical body may be a hollow body, comprising an inlet and an outlet allowing the injection of a fluid and the circulation of the fluid from the inlet to the outlet. .
La paroi 102 du corps cylindrique comprend un exemple d’un sillon 103 dont la forme dans l’espace est donnée par une génératrice 105 de forme sinus- hélicoïdale. The wall 102 of the cylindrical body comprises an example of a groove 103 whose shape in space is given by a generatrix 105 of sinus-helical shape.
On entend par génératrice sinus-hélicoïdale une courbe résultant d’une superposition d’une courbe hélicoïdale à pas variable ou à pas constant développée suivant l’axe principal du cylindre et d’une courbe sinusoïdale développée de part et d’autre de la courbe hélicoïdale. By sine-helical generator is meant a curve resulting from a superposition of a helical curve with variable pitch or constant pitch developed along the main axis of the cylinder and a sinusoidal curve developed on either side of the curve helical.
De manière générale, la forme du sillon 103 peut être donnée par une génératrice résultante d’une superposition d’une courbe hélicoïdale à pas variable ou à pas constant et d’une courbe ondulée développée de part et d’autre de la courbe hélicoïdale. La génératrice sinus-hélicoïdale est un cas particulier. In general, the shape of the groove 103 can be given by a generatrix resulting from a superposition of a helical curve with variable pitch or at constant pitch and a wavy curve developed on either side of the helical curve. The sinus-helical generator is a special case.
Le procédé pour réaliser la génératrice de type sinus-hélicoïdale est décrit ci- après. Il comprend une étape de paramétrisation d’une hélice classique à pas constant qui se développe sur un cylindre sur laquelle on va superposer une sinusoïde. L’étape de paramétrisation est définie par l’équation suivante : [Math. 1] The method for producing the generator of the sinus-helical type is described below. It includes a step of parameterization of a conventional constant-pitch propeller which develops on a cylinder on which we will superimpose a sinusoid. The parameterization step is defined by the following equation: [Math. 1]
Figure imgf000010_0001
dans laquelle R est le rayon de l’hélice, p est le pas de l’hélice, c.R est l’amplitude de la sinusoïde et b le nombre de sinusoïdes par tour.
Figure imgf000010_0001
where R is the radius of the helix, p is the pitch of the helix, cR is the amplitude of the sinusoid and b is the number of sinusoids per revolution.
La figure 4 montre un exemple d’une génératrice 105 résultant d’une superposition d’une fonction sinusoïdale sur une hélice classique 104 à pas constant avec les valeurs suivantes pour les différents paramètres : R=1 ; p=0,5 ; c.R=2 et b = 2.TT. Figure 4 shows an example of a generator 105 resulting from a superposition of a sinusoidal function on a conventional constant-pitch propeller 104 with the following values for the various parameters: R = 1; p = 0.5; c.R = 2 and b = 2.TT.
La forme du sillon est formée suivant la courbe paramétrée 105 de la figure 4 appelée également génératrice sinus-hélicoïdale. Selon une forme de réalisation, le sillon 103 a une section quadrilatérale comme dans l’exemple illustré sur la figure 5. Il peut être également de section polygonale (carré, rectangulaire, ...), ou encore semi-circulaire. La section du sillon peut également varier le long de la génératrice. La réalisation du sillon peut être effectuée par usinage dans la matière du corps cylindrique. Le sillon peut être réalisé le long du corps cylindrique selon l’axe principal z-z. En variante, le sillon peut être réalisé sur une portion du corps cylindrique. The shape of the groove is formed according to the parameterized curve 105 of FIG. 4 also called a sinus-helical generator. According to one embodiment, the groove 103 has a quadrilateral section as in the example illustrated in FIG. 5. It can also be of polygonal section (square, rectangular, etc.), or even semi-circular. The section of the groove can also vary along the generator. The production of the groove can be carried out by machining in the material of the cylindrical body. The groove can be made along the cylindrical body along the main z-z axis. As a variant, the groove can be made on a portion of the cylindrical body.
Selon un mode de réalisation de l’invention, il est possible par exemple d’utiliser un outil de fraisage pour effectuer l’usinage. La dimension du sillon et la forme du sillon sont déterminées par la taille et la forme de la tête de la fraise utilisée. La profondeur du sillon est ajustée selon l’enfoncement de la fraise dans le corps cylindrique. According to one embodiment of the invention, it is possible for example to use a milling tool to perform the machining. The groove size and groove shape are determined by the size and shape of the cutter head used. The depth of the groove is adjusted according to the penetration of the cutter into the cylindrical body.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention et selon le matériau dans lequel est réalisé le corps cylindrique, il est possible d’usiner le sillon au moyen d’un faisceau laser ou tout autre mode de réalisation qui permette un enlèvement de matière. According to another embodiment of the invention and depending on the material from which the cylindrical body is made, it is possible to machine the groove by means of a laser beam or any other embodiment which allows material removal.
Pour former un canal fermé afin de faire circuler un fluide, comme l’illustre la figure 6, l’élément générateur comprend en outre un tube 106 muni d’une cavité cylindrique 108. La dimension de la cavité est ajustée pour recevoir le corps cylindrique 101 de sorte que la paroi intérieure 107 du tube vient fermer le sillon 103 pour former le canal 110. De préférence, le tube 106 et le corps cylindrique 101 sont coaxiaux lorsqu’ils sont assemblés. De préférence, le tube et le corps cylindrique ont la même longueur. Une fois assemblés, le tube et le corps cylindrique forment un seul corps cylindrique et sont maintenus l’un par rapport à l’autre à l’aide d’éléments de serrage ou de butée. To form a closed channel for circulating fluid, as shown in Figure 6, the generator element further comprises a tube 106 with a cylindrical cavity 108. The size of the cavity is adjusted to accommodate the body. cylindrical 101 so that the inner wall 107 of the tube closes the groove 103 to form the channel 110. Preferably, the tube 106 and the cylindrical body 101 are coaxial when they are assembled. Preferably, the tube and the cylindrical body have the same length. Once assembled, the tube and the cylindrical body form a single cylindrical body and are held relative to each other by means of clamping or stop elements.
Le canal ayant la forme spécifique d’une courbe sinus-hélicoïdale présente des portions courbes qui délimitent des plans de courbure P1 , P2 orientés dans des orientations différentes comme l’illustre la figure 3. Plus précisément, le long du développement du canal autour du corps cylindrique suivant la génératrice, les plans de courbure des portions courbes successives présentent des orientations différentes. Ainsi on modifie la direction des forces centrifuges d’une portion courbe à une autre portion courbe, ce qui modifie la direction des forces centrifuges et réoriente les cellules de Dean. La variation d’orientation dans l’espace des plans de courbure d’une portion courbe à une autre introduit une discontinuité géométrique entre des lignes de courant voisines dans l’écoulement, générant des trajectoires différentes d’une portion courbe à une autre dans un même canal. Les particules de fluide circulant dans le canal sont donc amenées à suivre une trajectoire dite chaotique le long du canal, générant le phénomène d’advection chaotique qui permet d’assurer un mélange plus homogène. The channel having the specific shape of a sine-helical curve has curved portions which delimit planes of curvature P1, P2 oriented in different orientations as illustrated in Figure 3. More precisely, along the development of the channel around the cylindrical body following the generatrix, the planes of curvature of the successive curved portions have different orientations. Thus we change the direction of the centrifugal forces from one curved portion to another curved portion, which changes the direction of the centrifugal forces and reorients the Dean cells. The variation in orientation in space of the planes of curvature from one curved portion to another introduces a geometric discontinuity between neighboring streamlines in the flow, generating different trajectories from one curved portion to another in a same channel. The fluid particles circulating in the channel are therefore caused to follow a so-called chaotic trajectory along the channel, generating the phenomenon of chaotic advection which allows a more homogeneous mixture to be ensured.
On entend par trajectoires chaotiques des trajectoires qui sont complexes dans l’espace mais déterministes pour un écoulement laminaire. By chaotic trajectories we mean trajectories that are complex in space but deterministic for laminar flow.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l’invention et selon les applications industrielles utilisant l’élément générateur d’advection chaotique, il est nécessaire d’assurer l’étanchéité du canal. Pour cela et comme l’illustre la figure 5, le corps cylindrique central comprend deux gorges 109, 109’ disposées de part et d’autre du sillon 103. L’usinage des deux gorges est effectué au moyen d’un fraisage ayant une dimension adaptée. De préférence, les deux gorges suivent également une génératrice sinus-hélicoïdale et sont parallèles au sillon 103. Chaque gorge reçoit un joint d’étanchéité par exemple de type joint corde en élastomère. Le corps cylindrique 101 muni des deux joints d’étanchéité disposés de part et d’autre du sillon est ensuite inséré dans le tube 106 de sorte que la paroi intérieure 107 vient fermer le sillon pour former le canal. Ce dernier est rendu étanche par la présence des deux joints d’étanchéité disposés dans les gorges 109, 109’. According to a preferred embodiment of the invention and according to industrial applications using the element generating chaotic advection, it is necessary to ensure the tightness of the channel. For this and as illustrated in FIG. 5, the central cylindrical body comprises two grooves 109, 109 ′ arranged on either side of the groove 103. The machining of the two grooves is carried out by means of a milling having a dimension adapted. Preferably, the two grooves also follow a sinus-helical generatrix and are parallel to the groove 103. Each groove receives a seal, for example of the elastomeric rope seal type. The cylindrical body 101 provided with the two seals arranged on either side of the groove is then inserted into the tube 106 so that the inner wall 107 closes the groove to form the channel. The latter is sealed by the presence of two seals arranged in the grooves 109, 109 '.
Selon un deuxième mode de réalisation non illustré, l’élément générateur d’advection chaotique comprend un corps cylindrique en un seul tenant et un canal ayant une forme sinus-hélicoïdale, le canal étant formé au sein du corps cylindrique. Selon une variante, le canal sinus-hélicoïdal est formé sur la paroi extérieure du corps cylindrique. According to a second embodiment not shown, the chaotic advection generating element comprises a cylindrical body in one piece and a channel having a sinus-helical shape, the channel being formed within the cylindrical body. According to one variant, the sinus-helical channel is formed on the outer wall of the cylindrical body.
Selon un troisième mode de réalisation non illustré, l’élément générateur d’advection chaotique comprend un corps cylindrique et un canal ayant une forme sinus-hélicoïdale, le canal étant une pièce rapportée qui vient s’enrouler autour du corps cylindrique sur la paroi extérieure du corps cylindrique en suivant la forme d’une génératrice qui est sinus-hélicoïdale. According to a third embodiment not illustrated, the chaotic advection generating element comprises a cylindrical body and a channel having a sinus-helical shape, the channel being an attached part which is wound around the cylindrical body on the outer wall. of the cylindrical body following the shape of a generator which is sinus-helical.
Un procédé de fabrication d’un élément générateur d’advection chaotique selon le premier mode de réalisation va maintenant être décrit. Plus précisément, on décrit un procédé pour fabriquer un élément générateur comportant un canal sinus- hélicoïdal dans un corps cylindrique droit de section circulaire. A method of manufacturing a chaotic advection generating element according to the first embodiment will now be described. More specifically, a method is described for manufacturing a generator element comprising a sinus-helical channel in a straight cylindrical body of circular section.
Le procédé comprend une première étape de paramétrage dans laquelle on définit les paramètres géométriques de la génératrice sinus-hélicoïdale : The method comprises a first parameterization step in which the geometric parameters of the sine-helical generator are defined:
- R : le rayon de l’hélice sur le corps cylindrique central ; - R: the radius of the propeller on the central cylindrical body;
- p : le pas de l’hélice ; - p: the pitch of the propeller;
- Q : l’angle de l’hélice; - Q: the angle of the propeller;
- b : l’amplitude de la sinusoïde ; - b: the amplitude of the sinusoid;
- L : la longueur d’onde la sinusoïde. - L: the wavelength of the sine wave.
Les gammes des valeurs sont choisies en fonction de la dimension de l’échangeur ou du mélangeur dans lequel est intégré le corps cylindrique. Dans le cas d’un système microfluidique, c’est de l’ordre de quelques dizaines de microns. Dans le cas d’un échangeur de chaleur industriel par exemple, c’est de l’ordre de quelques centimètres. The ranges of values are chosen according to the size of the exchanger or the mixer in which the cylindrical body is integrated. In the case of a microfluidic system, it is on the order of a few tens of microns. In the case of an industrial heat exchanger, for example, it is of the order of a few centimeters.
Le procédé comprend une deuxième étape dans laquelle on trace la courbe paramétrée sur la paroi d’un corps cylindrique. A titre d’exemple, la courbe peut être tracée sur la paroi du cylindre à l’aide d’une machine d’usinage à commande numérique. The method comprises a second step in which the parameterized curve is plotted on the wall of a cylindrical body. As an example, the curve can be traced on the cylinder wall using a CNC machining machine.
Le procédé comprend une troisième étape dans laquelle on positionne un outil de fraisage cylindrique dont l’axe est perpendiculaire à l’axe principal du corps cylindrique. La fraise est enfoncée d’une profondeur prédéterminée et suit ensuite la génératrice formée dans la première étape pour usiner le sillon sur la paroi du corps cylindrique. La dimension du sillon et la forme de la section du sillon sont définies directement par celles de la tête de la fraise et la vitesse de son avancement dans la matière. The method includes a third step in which a cylindrical milling tool is positioned whose axis is perpendicular to the main axis of the cylindrical body. The cutter is driven to a predetermined depth and then follows the generatrix formed in the first step to machine the groove on the wall of the cylindrical body. The dimension of the groove and the shape of the section of the groove are directly defined by those of the head of the cutter and the speed of its advance through the material.
Le procédé comprend une quatrième étape dans laquelle on réalise deux gorges d’étanchéité de la même manière que dans la troisième étape de part et d’autre du sillon. Les dimensions des gorges sont définies en fonction du diamètre du joint choisi. Ensuite, un joint d’étanchéité par exemple de type corde est placé dans chacune des deux gorges. The process includes a fourth step in which two sealing grooves are made in the same way as in the third step on either side of the groove. The dimensions of the grooves are defined according to the diameter of the seal chosen. Then, a seal, for example of the rope type, is placed in each of the two grooves.
Le procédé comprend une cinquième étape dans laquelle on vient glisser un tube sur le corps cylindrique pour venir fermer le sillon pour former un canal étanche. The method comprises a fifth step in which a tube is slipped over the cylindrical body to close the groove to form a sealed channel.
Selon une variante, on utilise la technique de frettage pour assembler le corps cylindrique et le tube. Dans ce cas, il n’est plus nécessaire d’usiner les gorges pour placer les joints afin de garantir l’étanchéité. Le procédé de fabrication de l’élément générateur d’advection chaotique est simplifié. According to one variant, the shrinking technique is used to assemble the cylindrical body and the tube. In this case, it is no longer necessary to machine the grooves to place the gaskets in order to guarantee the seal. The manufacturing process of the chaotic advection generator element is simplified.
Pour réaliser l’élément générateur d’advection chaotique selon le deuxième mode de réalisation dans lequel il est en un seul tenant, le procédé de fabrication peut être un procédé additif (impression 3D) dans lequel le canal est directement formé pendant l’impression 3D du corps cylindrique. Dans ce mode de réalisation particulièrement avantageux, il n’est donc plus nécessaire d’usiner les gorges d’étanchéité. To achieve the chaotic advection generator element according to the second embodiment in which it is in one piece, the manufacturing process can be an additive process (3D printing) in which the channel is directly formed during 3D printing. of the cylindrical body. In this particularly advantageous embodiment, it is therefore no longer necessary to machine the sealing grooves.
Grâce aux caractéristiques décrites ci-dessus, le procédé de fabrication de l’élément générateur d’advection chaotique est très facile à mettre en œuvre. Il est très facile d’ajuster les paramètres géométriques du canal afin d’optimiser le mélange chaotique pour un coût très compétitif. En outre l’élément générateur de la présente invention est très compact contrairement aux éléments générateurs de l’art antérieur, du fait d’un développement d’un canal sinus-hélicoïdal autour d’un corps cylindrique. Thanks to the characteristics described above, the method of manufacturing the chaotic advection generating element is very easy to implement. It is very easy to adjust the geometric parameters of the channel in order to optimize the chaotic mixing at a very competitive cost. In addition, the generator element of the present invention is very compact unlike the generator elements of the prior art, due to the development of a sinus-helical channel around a cylindrical body.
L’élément générateur d’advection chaotique de la présente invention peut être très facilement implémenté pour former un échangeur mélangeur. The chaotic advection generating element of the present invention can be very easily implemented to form a mixing exchanger.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’échangeur mélangeur comporte un élément générateur d’advection tel que décrit ci-dessus avec les extrémités du canal ouvertes pour réaliser un circuit ouvert. Comme l’illustre la figure 6, le canal comprend une entrée ouverte A’ et une sortie ouverte B’ qui débouchent respectivement sur les deux bases du corps cylindrique central. Selon une autre variante, les entrées et les sorties peuvent être également situées sur les parties courbes haute et basse du cylindre. En variante l’échangeur mélangeur peut comporter une série d’éléments générateurs d’advection chaotique et disposés bout à bout. L’extrémité ouverte du canal d’un élément générateur est placée en regard de l’extrémité ouverte du canal de l’élément suivant. L’assemblage entre deux éléments peut être réalisé par tout moyen approprié qui permet un montage et un démontage aisé. Ces moyens peuvent être des brides ou des raccords. According to one embodiment of the invention, the mixer exchanger comprises an advection generating element as described above with the ends of the channel open to provide an open circuit. As shown in Figure 6, the channel has an open inlet A ’and an open outlet B’ which open respectively to the two bases of the central cylindrical body. According to another variant, the inlets and outlets can also be located on the top and bottom curved parts of the cylinder. As a variant, the mixing exchanger may comprise a series of elements generating chaotic advection and arranged end to end. The open end of the channel of one generator element is placed opposite the open end of the channel of the next element. The assembly between two elements can be carried out by any suitable means which allows easy assembly and disassembly. These means can be flanges or fittings.
Dans le cadre d’une utilisation de l’échangeur mélangeur comme échangeur thermique en vue de chauffer ou refroidir le fluide s’écoulant à l’intérieur du canal, le corps cylindrique central 101 est creux. On fait circuler un autre fluide qui vient chauffer ou refroidir la paroi du canal pour réaliser un transfert thermique entre le fluide circulant dans le canal et le fluide circulant dans le corps cylindrique central creux. Grâce à la forme hélicoïdale ondulée ou sinusoïdale du canal, les particules du fluide circulant dans le canal suivent des trajectoires chaotiques, ce qui permet d’obtenir un chauffage parfaitement homogène. In the context of using the mixing exchanger as a heat exchanger to heat or cool the fluid flowing inside the channel, the central cylindrical body 101 is hollow. Another fluid is circulated which heats or cools the wall of the channel in order to effect heat transfer between the fluid circulating in the channel and the fluid circulating in the hollow central cylindrical body. Thanks to the wavy or sinusoidal helical shape of the channel, the particles of the fluid circulating in the channel follow chaotic trajectories, which makes it possible to obtain perfectly homogeneous heating.
Selon un autre mode de réalisation non illustré, le générateur d’advection 100 est inséré dans un autre tube. On fait circuler dans un espace annulaire entre le tube et le générateur d’advection un fluide caloporteur en vue de chauffer ou refroidir le fluide s’écoulant à l’intérieur du canal. Selon ce mode de réalisation, le corps cylindrique n’est plus nécessairement creux. According to another embodiment not shown, the advection generator 100 is inserted into another tube. A heat transfer fluid is circulated in an annular space between the tube and the advection generator in order to heat or cool the fluid flowing inside the channel. According to this embodiment, the cylindrical body is no longer necessarily hollow.
Selon encore un autre mode de réalisation de l’invention, le corps cylindrique est plein mais comporte deux canaux hélicoïdaux sinusoïdaux ou ondulés parallèles entre eux et qui forment deux circuits distincts. Les deux fluides circulent parallèlement mais dans les sens opposés de manière à réaliser un échangeur thermique à contre-courant. Il est aussi possible de faire circuler les deux fluides dans le même sens, dans ce cas l’échangeur sera à co-courant. According to yet another embodiment of the invention, the cylindrical body is solid but comprises two parallel sinusoidal or wavy helical channels. between them and which form two distinct circuits. The two fluids circulate in parallel but in opposite directions so as to create a counter-current heat exchanger. It is also possible to have the two fluids circulate in the same direction, in this case the exchanger will be co-current.
Selon encore un autre mode de réalisation, le corps cylindrique peut comprendre successivement une portion comportant un canal principal et une portion comportant deux sous-canaux issus du canal principal, les sous-canaux ayant également une forme sinus-hélicoïdale. A titre d’exemple de réalisation, le canal principal peut se diviser en deux sous-canaux après un demi-tour du cylindre puis se reformer plus haut et de nouveau se diviser de manière périodique. Le fait de diviser ainsi les flux périodiquement permet d’améliorer également le mélange et/ou l’échange. According to yet another embodiment, the cylindrical body may successively comprise a portion comprising a main channel and a portion comprising two subchannels issuing from the main channel, the subchannels also having a sinus-helical shape. As an exemplary embodiment, the main channel can divide into two subchannels after a half-turn of the cylinder and then reform higher and again divide periodically. Periodically dividing the streams in this way also improves mixing and / or exchange.
Pour optimiser le fonctionnement de l’échangeur mélangeur, il est possible d’ajuster les paramètres dynamiques de l’écoulement du fluide qui peut être libre ou contrôlé. Dans le cas d’un écoulement contrôlé, il est possible d’ajuster par exemple le débit et éventuellement la fréquence et l’amplitude de la pulsation imposés au débit. Cet ajustement peut être réalisé par exemple via la commande d’une pompe. To optimize the operation of the mixing exchanger, it is possible to adjust the dynamic parameters of the fluid flow which can be free or controlled. In the case of a controlled flow, it is possible, for example, to adjust the flow and possibly the frequency and amplitude of the pulsation imposed on the flow. This adjustment can be made, for example, by controlling a pump.
Dans le cadre d’une utilisation de l’échangeur mélangeur comme mélangeur classique, en vue d’obtenir par exemple une émulsion, on injecte deux fluides de viscosité différente ainsi qu’un tensioactif dans le canal pour réaliser un mélange chaotique. In the context of using the mixer exchanger as a conventional mixer, in order to obtain, for example, an emulsion, two fluids of different viscosity are injected as well as a surfactant into the channel to produce a chaotic mixture.
Dans le cadre d’une utilisation de l’échangeur mélangeur comme réacteur chimique, plusieurs fluides réactifs sont injectés en entrée du canal. La réaction chimique va se produire tout au long du canal. Le rendement de réaction sera meilleur que dans le cas d’un réacteur chimique existant du fait de la qualité du mélange chaotique. As part of the use of the mixer exchanger as a chemical reactor, several reactive fluids are injected at the inlet of the channel. The chemical reaction will take place all along the canal. The reaction efficiency will be better than in the case of an existing chemical reactor due to the quality of the chaotic mixing.
Selon un mode de réalisation tel qu’illustrés sur les figures 7 et 8, l’élément générateur d’advection chaotique comprend un premier corps cylindrique central 200 et un second corps cylindrique 300, les deux corps étant coaxiaux suivant un axe Z-Z. Chacun des corps cylindriques comporte respectivement un ou plusieurs canal fermé 210, 310 dont la forme dans l’espace est donnée par la génératrice de forme sinus-hélicoïdale comme dans le cas des autres modes de réalisation. According to one embodiment as illustrated in Figures 7 and 8, the chaotic advection generator element comprises a first central cylindrical body 200 and a second cylindrical body 300, the two bodies being coaxial along an axis ZZ. Each of the cylindrical bodies respectively comprises one or more closed channel 210, 310, the shape of which in space is given by the generator of sinus-helical shape as in the case of the other embodiments.
Comme dans le cas du premier mode de réalisation, le corps cylindrique central 200 est un corps plein. En variante et selon l'utilisation de l’élément générateur, le corps cylindrique central peut être un corps creux, comprenant une entrée et une sortie permettant l’injection d’un fluide et la circulation du fluide depuis l’entrée jusqu’à la sortie. As in the case of the first embodiment, the central cylindrical body 200 is a solid body. As a variant and depending on the use of the generating element, the central cylindrical body may be a hollow body, comprising an inlet and an outlet allowing the injection of a fluid and the circulation of the fluid from the inlet to the exit.
Pour former le canal fermé 210, la paroi du corps cylindrique central 200 comprend un sillon dont la forme dans l’espace est donnée par une génératrice 105 de forme sinus-hélicoïdale. Le sillon est fermé par la paroi intérieure du second corps cylindrique 300 pour former le canal fermé 210. De préférence, les deux corps cylindriques ont la même longueur. To form the closed channel 210, the wall of the central cylindrical body 200 includes a groove whose shape in space is given by a generatrix 105 of sinus-helical shape. The groove is closed by the inner wall of the second cylindrical body 300 to form the closed channel 210. Preferably, the two cylindrical bodies have the same length.
Pour former le canal fermé 310, la paroi du second corps cylindrique 300 comprend un sillon dont la forme dans l’espace est donnée par une génératrice 105 de forme sinus-hélicoïdale. Le sillon est fermé par la paroi intérieure d’un tube creux pour former le canal fermé 310. Une fois assemblés, les deux corps cylindriques coaxiaux forment un seul corps cylindrique et sont maintenus l’un par rapport à l’autre à l’aide d’éléments de serrage, collage ou de butée. To form the closed channel 310, the wall of the second cylindrical body 300 includes a groove whose shape in space is given by a generatrix 105 of sinus-helical shape. The groove is closed by the inner wall of a hollow tube to form the closed channel 310. Once assembled, the two coaxial cylindrical bodies form a single cylindrical body and are held relative to each other using clamping, gluing or stop elements.
Selon un autre mode de réalisation, les deux corps cylindriques coaxiaux sont en un seul tenant. Dans ce cas, l’élément générateur est réalisé par impression 3D. According to another embodiment, the two coaxial cylindrical bodies are in one piece. In this case, the generating element is produced by 3D printing.
Selon encore un autre mode de réalisation de T’invention, il est possible de réaliser les canaux par une technique de moulage. Cette technique pourrait être appliquée dans le cas des canaux de refroidissement de forme sinus-hélicoïdale fermés aménagés dans des culasses de moteurs thermiques qui sont généralement en aluminium moulé autour des cylindres. Dans cet exemple d’applications, l’élément générateur d’advection peut comprendre une pluralité de cylindres. Les canaux sinus-hélicoïdaux peuvent être formés que sur certaines portions autour du cylindre et peuvent se rejoindre par exemple entre deux cylindres. According to yet another embodiment of the invention, it is possible to produce the channels by a molding technique. This technique could be applied in the case of closed sinus-helical cooling channels arranged in cylinder heads of heat engines which are generally made of aluminum cast around the cylinders. In this sample application, the advection generating element may include a plurality of cylinders. The sinus-helical channels can be formed only on certain portions around the cylinder and can meet for example between two cylinders.
L’élément générateur peut comprendre plus de deux corps cylindriques coaxiaux et n’est donc pas limité à l’exemple illustré sur la figure 7. Le corps cylindrique de plus petit diamètre, par exemple le cylindre 300 sur la figure 7 peut comporter un ou plusieurs canaux droits verticaux dans la partie centrale proche de l’axe du cylindre et parallèle à ce dernier. The generator element can comprise more than two coaxial cylindrical bodies and is therefore not limited to the example illustrated in FIG. 7. The cylindrical body of smaller diameter, for example the cylinder 300 in FIG. 7 may comprise one or more vertical straight channels in the central part close to the axis of the cylinder and parallel to the latter.
Application industrielle Comme l’indique ci-avant, les applications d’un tel élément générateur d’advection chaotique sont nombreuses. Il peut être utilisé dans des échangeurs de chaleur, des mélangeurs classiques, dans des réacteurs chimiques ou pour tout autre dispositif nécessitant un mélange homogène des particules de fluide afin d’atteindre des performances optimales. Industrial application As indicated above, the applications of such an element generating chaotic advection are numerous. It can be used in heat exchangers, conventional mixers, in chemical reactors or for any other device requiring homogeneous mixing of the fluid particles in order to achieve optimum performance.
L’élément générateur d’advection chaotique peut également être utilisé dans un procédé de séparation, par exemple un procédé de séparation membranaire. The chaotic advection generating element can also be used in a separation process, for example a membrane separation process.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Elément générateur d’advection chaotique (100) comprenant un corps allongé (101 ) comportant un axe principal Z-Z, et au moins un canal fermé (110), ledit canal étant formé suivant une génératrice hélicoïdale ondulée résultant d’une superposition d’une courbe hélicoïdale (104) développée suivant ledit axe principal et d’une courbe ondulée développée de part et d’autre de ladite courbe hélicoïdale de manière à présenter au moins deux plans de courbure orientés dans deux orientations différentes. [Claim 1] A chaotic advection generator element (100) comprising an elongated body (101) having a main axis ZZ, and at least one closed channel (110), said channel being formed in a wavy helical generatrix resulting from superposition of a helical curve (104) developed along said main axis and of a wavy curve developed on either side of said helical curve so as to present at least two planes of curvature oriented in two different orientations.
[Revendication 2] Elément générateur selon la revendication 1 , dans lequel le canal fermé est formé dans le corps allongé. [Claim 2] A generator element according to claim 1, wherein the closed channel is formed in the elongate body.
[Revendication 3] Elément générateur selon la revendication 1 , dans lequel le canal fermé est formé sur au moins une portion de la paroi extérieure (102) du corps allongé. [Claim 3] A generator element according to claim 1, wherein the closed channel is formed on at least a portion of the outer wall (102) of the elongate body.
[Revendication 4] Elément générateur selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le corps allongé est un corps cylindrique. [Claim 4] Generating element according to one of claims 1 to 3, wherein the elongated body is a cylindrical body.
[Revendication 5] Elément générateur selon la revendication 4, dans lequel il comprend un corps cylindrique (101 ) et un tube (106), le tube venant entourer le corps cylindrique, la paroi extérieure (102) du corps cylindrique comprenant au moins un sillon (103), ledit sillon étant formé suivant ladite génératrice hélicoïdale ondulée (105), la dimension du tube étant ajustée de sorte que la paroi intérieure (107) du tube vienne fermer le sillon pour former le canal (110). [Claim 5] Generating element according to claim 4, in which it comprises a cylindrical body (101) and a tube (106), the tube surrounding the cylindrical body, the outer wall (102) of the cylindrical body comprising at least one groove (103), said groove being formed along said corrugated helical generatrix (105), the dimension of the tube being adjusted so that the inner wall (107) of the tube closes the groove to form the channel (110).
[Revendication 6] Elément générateur selon la revendication 5, dans lequel la paroi extérieure (102) du corps cylindrique comprend deux gorges (109, 109’) aptes à recevoir un joint d’étanchéité, les gorges étant positionnées de part et d’autre dudit sillon (103) pour assurer l’étanchéité du canal lorsque le tube et le corps cylindrique sont assemblés. [Claim 6] Generating element according to claim 5, in which the outer wall (102) of the cylindrical body comprises two grooves (109, 109 ') adapted to receive a seal, the grooves being positioned on either side. of said groove (103) to seal the channel when the tube and the cylindrical body are assembled.
[Revendication 7] Elément générateur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le corps allongé est un corps creux. [Claim 7] Generating element according to one of the preceding claims, in which the elongate body is a hollow body.
[Revendication 8] Elément générateur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend un premier canal et au moins un deuxième canal, ledit deuxième canal étant parallèle au premier canal. [Claim 8] Generating element according to one of the preceding claims, in which it comprises a first channel and at least a second channel, said second channel being parallel to the first channel.
[Revendication 9] Elément générateur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la section du canal varie le long de la génératrice hélicoïdale ondulée. [Claim 9] Generating element according to one of the preceding claims, wherein the section of the channel varies along the corrugated helical generator.
[Revendication 10] Elément générateur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la section du corps allongé varie selon l’axe principal. [Claim 10] Generating element according to one of the preceding claims, wherein the section of the elongated body varies along the main axis.
[Revendication 11] Elément générateur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la génératrice est une génératrice sinus-hélicoïdale (105) résultant d’une superposition d’une courbe hélicoïdale (104) développée suivant l’axe principal et d’une courbe sinusoïdale développée de part et d’autre de ladite courbe hélicoïdale de manière à présenter au moins deux plans de courbure orientés dans deux orientations différentes. [Claim 11] Generating element according to one of the preceding claims, in which the generator is a sine-helical generator (105) resulting from a superposition of a helical curve (104) developed along the main axis and a sinusoidal curve developed on either side of said helical curve so as to present at least two planes of curvature oriented in two different orientations.
[Revendication 12] Echangeur mélangeur comprenant au moins un élément générateur d’advection chaotique (100) selon l’une des revendications 1 à 11 , ou 14, dans lequel le canal fermé comprend une entrée (A’) et une sortie (B’) de manière à former un circuit ouvert permettant la circulation d’un fluide devant être mélangé ou soumis à un flux thermique depuis l’entrée jusqu’à la sortie. [Claim 12] Mixing exchanger comprising at least one chaotic advection generator element (100) according to one of claims 1 to 11, or 14, in which the closed channel comprises an inlet (A ') and an outlet (B' ) so as to form an open circuit allowing the circulation of a fluid to be mixed or subjected to a thermal flow from the inlet to the outlet.
[Revendication 13] Procédé de réalisation d’un élément générateur (100) selon l’une des revendications 5 à 11 comprenant les étapes suivantes : [Claim 13] A method of making a generator element (100) according to one of claims 5 to 11 comprising the following steps:
- réalisation sur la paroi extérieure (102) du corps cylindrique d’au moins un sillon (103) suivant une génératrice hélicoïdale ondulée (105); - realization on the outer wall (102) of the cylindrical body of at least one groove (103) following a corrugated helical generatrix (105);
- réalisation sur la paroi extérieure (102) du corps cylindrique de deux gorges (109, 109’) de part d’autre dudit du sillon, les gorges étant parallèles au sillon; - realization on the outer wall (102) of the cylindrical body of two grooves (109, 109 ’) on either side of said groove, the grooves being parallel to the groove;
- installation d’un joint d’étanchéité dans chacune des gorges ; - installation of a seal in each of the grooves;
- fermeture du sillon en glissant un tube (108) sur le corps cylindrique (101 ) de sorte que la paroi intérieure (107) du tube vient fermer le sillon (103) pour former un canal étanche. - closing of the groove by sliding a tube (108) on the cylindrical body (101) so that the inner wall (107) of the tube closes the groove (103) to form a sealed channel.
[Revendication 14] Elément générateur (400) selon l’une des revendications 1 à 11 , comprenant au moins deux corps allongés coaxiaux (200, 300) suivant un axe principal Z-Z, chacun desdits au moins deux corps allongés comprenant au moins un canal fermé (210, 310). [Claim 14] Generating element (400) according to one of claims 1 to 11, comprising at least two coaxial elongate bodies (200, 300) along an axis main ZZ, each of said at least two elongated bodies comprising at least one closed channel (210, 310).
PCT/FR2020/050044 2019-01-15 2020-01-14 Element generating a chaotic advection flow WO2020148501A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1900370 2019-01-15
FR1900370A FR3091656B1 (en) 2019-01-15 2019-01-15 Generating element of a chaotic advection flow

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020148501A1 true WO2020148501A1 (en) 2020-07-23

Family

ID=67262448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2020/050044 WO2020148501A1 (en) 2019-01-15 2020-01-14 Element generating a chaotic advection flow

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3091656B1 (en)
WO (1) WO2020148501A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0091127A1 (en) * 1982-04-06 1983-10-12 Energiagazdalkodasi Intezet Helicoidally finned tubes
WO1997047378A1 (en) * 1996-06-11 1997-12-18 Smithkline Beecham Consumer Healthcare Gmbh Mixing and dispensing device
US20040109386A1 (en) * 2002-11-18 2004-06-10 Gold Kenneth S. Particle analyzer with specimen tube in-line mixer and fluid detector
CN106422924A (en) * 2016-09-27 2017-02-22 中南大学 Square wave passive type micromixer
DE102016106843A1 (en) * 2016-04-13 2017-10-19 Exrit AG Fluid treatment device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0091127A1 (en) * 1982-04-06 1983-10-12 Energiagazdalkodasi Intezet Helicoidally finned tubes
WO1997047378A1 (en) * 1996-06-11 1997-12-18 Smithkline Beecham Consumer Healthcare Gmbh Mixing and dispensing device
US20040109386A1 (en) * 2002-11-18 2004-06-10 Gold Kenneth S. Particle analyzer with specimen tube in-line mixer and fluid detector
DE102016106843A1 (en) * 2016-04-13 2017-10-19 Exrit AG Fluid treatment device
CN106422924A (en) * 2016-09-27 2017-02-22 中南大学 Square wave passive type micromixer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TOHIDI A ET AL: "Heat transfer enhancement by combination of chaotic advection and nanofluids flow in helically coiled tube", APPLIED THERMAL ENGINEERING, PERGAMON, OXFORD, GB, vol. 86, 28 April 2015 (2015-04-28), pages 91 - 105, XP029229994, ISSN: 1359-4311, DOI: 10.1016/J.APPLTHERMALENG.2015.04.043 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR3091656B1 (en) 2022-07-22
FR3091656A1 (en) 2020-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0430752B1 (en) Heat-exchanger with a circumferential circulation
EP0607357B1 (en) Method of driving a turbine in rotation by means of a jet device
US10315172B2 (en) Rotor and stator device having bore holes for cavitational mixing
EP0468877B1 (en) Apparatus for multiphase pumping or compression and its application
EP3538259A1 (en) Reactor for the hydrothermal oxidation treatment of an organic material in a reaction medium
CA2705445C (en) Connecting channels and cells for centrifugal partition chromatographs
WO2020148501A1 (en) Element generating a chaotic advection flow
EP3019808B1 (en) Heat exchanger
FR2748954A1 (en) HIGH PERFORMANCE ULTRA COLLOIDAL HOMOGENIZER-EMULSIFER MODULE FOR REPUTABLE NON-MISCIBLE FLUIDS AND ASSOCIATED METHOD
FR2955039A1 (en) CHEMICAL REACTOR DEVICE WITH IMPROVED EFFICIENCY INTEGRATING A THERMAL EXCHANGE CIRCUIT
EP3847408B1 (en) Flexible heat exchanger intended to be positioned in a moving exterior fluid, comprising a collection of flexible temperature probes
EP2443335A1 (en) Device for mixing a flow of intake gas and a flow of recirculated exhaust gas comprising a plurality of diffusion openings
FR2861137A1 (en) Flue gas and oxidant mixture preparation device for e.g. diesel engine, has inlets for flue gas and oxidant, and swirl creating units that make gas and oxidant to swirl at different rotation speeds around common flow direction
FR3061951B1 (en) DEVICE FOR DISPENSING A REFRIGERANT FLUID INSIDE A COLLECTOR BOX OF A HEAT EXCHANGER.
CA2958025C (en) Connection device comprising several curved concentric tubes
CA2150457A1 (en) Chaotic convection effect mixing exchanger
WO2023105146A1 (en) Fuel distribution assembly for a turbomachine
WO2019180384A1 (en) Heat exchanger with improved liquid/gas mixing device
EP0445006A1 (en) Heat exchanger with circular flow
EP0865818B1 (en) Plate-type reactor for catalytic reaction
RU2133143C1 (en) Static mixer
WO2023213852A1 (en) Turbomachine comprising a heat exchanger between a fuel circuit and two lubricant circuits
EP3560521A1 (en) Decontamination device for turbid liquid
FR3099392A1 (en) DEVICE FOR TRAINING AND DISTRIBUTION OF DIPHASIC FLUID FLOW.
EP3749444A1 (en) Feedstock injection device of an fcc unit, having a locally larger cross-section

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20705421

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20705421

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1