{"id":22113,"date":"2025-05-13T10:38:21","date_gmt":"2025-05-13T08:38:21","guid":{"rendered":"https:\/\/greth.fr\/?p=22113"},"modified":"2025-10-27T17:08:43","modified_gmt":"2025-10-27T16:08:43","slug":"amelioration-du-transfert-de-chaleur-et-du-melange-de-fluides-par-advection-chaotique-dans-une-nouvelle-geometrie-de-canal-sinus-helicoidal","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/greth.fr\/en\/amelioration-du-transfert-de-chaleur-et-du-melange-de-fluides-par-advection-chaotique-dans-une-nouvelle-geometrie-de-canal-sinus-helicoidal\/","title":{"rendered":"Heat transfer and fluid mixing enhancement by chaotic advection in a novel sine-helical channel geometry"},"content":{"rendered":"<strong><span style=\"text-decoration: underline;\">Summary:<\/span><\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">The objective of this PhD thesis is to present an innovative sine-helical multifunctional heat exchanger reactor that enhances mixing and heat transfer based on the chaotic advection. This novel geometry is constructed by combining a sine-wave channel on a helically coiled channel. The flow structure, passive scalar mixing and the convective heat transfer in the novel heat exchanger are analyzed numerically using the finite volume method implemented in OpenFOAM.. The results are compared to those obtained with a classical helically coiled heat exchanger. The Laminar flow is considered in the present study, with the Reynolds numbers ranging from 100 to 1400 based on the hydraulic diameter and mean flow velocity. Numerical results showed chaotic nature of the flow in the sine-helical geometry, where the periodic change of the centrifugal forces breaks the flow symmetry and leads to chaotic particle trajectories. Lagrangian In this project, we present an innovative sine-helical multi-functional heat exchanger\/Reactor that enhances mixing and heat transfer based on the chaotic advection. The flow structure, mixing and the convective heat transfer in the novel heat exchanger are analyzed numerically for laminar flow. Results are compared to those obtained with a helical heat exchanger. Results showed chaotic nature of the flow in the sine-helical geometry, where the periodic change of the centrifugal forces in this channel breaks the flow symmetry and leads to chaotic particle trajectories. The heat transfer enhancement and molecular mixing was proved by Eulerian and Lagrangian indicators. Experimental work was done also for both exchangers, over a Reynolds numbers range Re=100-10000. Results showed higher thermal transfer in the chaotic exchanger, specially at low Reynolds numbers. Consequently, the proposed novel heat exchanger is very promising for many applications with laminar flow regimes.analysis of the particles inside the channel confirmed the effect of chaotic advection on the enhancement of mixing efficiency. The coefficient of variation of the outlet temperature in the sine-helical flow is decreased by about 100% relative to that in the helical channel, highlighting a better temperature homogeneity at the heat exchanger outlet. Moreover, the thermal enhancement factor, measuring the convective heat transfer coefficient at the same pumping power, increases between 5.5 and 20.7% in the since-helical flow relative to the helical channel. Complementary to the numerical analysis, thermal experimental study was conducted on both the helical and the chaotic sine-helical heat exchangers, over a wide range of Reynolds numbers (Re =100 \u2212 10, 000), having both the same heat-transfer surface area. The results proved the superiority of the chaotic heat exchanger against the classical one, especially at low Reynolds numbers. Consequently, the proposed novel heat exchanger is very promising for many applications with laminar flow regimes.<\/p>\n<table border=\"1\" width=\"100%\">\n<tbody>\n<tr>\n<td><strong>Author<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Abbas ALDOR<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td><strong>Date of presentation<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>2022, december 8th<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td><strong>Keywords<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Heat transfer, Computational fluid dynamics, Heat exchangers, Chaotic advection<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n\n\n\n<div class=\"eds-animate edsanimate-sis-hidden\" data-eds-entry-animation=\"bounceIn\" data-eds-entry-delay=\"0\" data-eds-entry-duration=\"1\" data-eds-entry-timing=\"linear\" data-eds-exit-animation=\"\" data-eds-exit-delay=\"\" data-eds-exit-duration=\"\" data-eds-exit-timing=\"\" data-eds-repeat-count=\"1\" data-eds-keep=\"yes\" data-eds-animate-on=\"load\" data-eds-scroll-offset=\"\">\n\t\t<div class=\"box info\">\n\t\t\t<div class=\"box-inner-block\">\n\t\t\t\t<span class=\"fa tie-shortcode-boxicon\"><\/span>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong>&#x2666; The full version is only available for subscribers <a style=\"text-decoration: none;\" href=\"\/en\/offre-du-greth\/\"><span style=\"background-color: #3db2ea; color: #fff;\">\"ESSENTIEL\"<\/span><\/a> or <a style=\"text-decoration: none;\" href=\"\/en\/offre-du-greth\/\"><span style=\"background-color: #c6002c; color: #fff;\">\"PREMIUM\"<\/span><\/a> of GRETh!<\/strong><\/p>\n<p>&#x2666; If you are already a member \/ subscriber, you must identify yourself by <a href=\"\/wp-login.php\"><strong>clicking here<\/strong><\/a>.<br \/>\n&#x2666; If you are not a member, you can consult the offer proposed by GRETh by <a href=\"\/en\/offre-du-greth\/\"><strong>clicking here<\/strong><\/a> as well as the conditions of membership by <a href=\"\/en\/conditions-adhesion\/\"><strong>clicking here<\/strong><\/a>.\n\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>R\u00e9sum\u00e9 : L&#8217;objectif de cette th\u00e8se de doctorat est de pr\u00e9senter un \u00e9changeur de chaleur\/r\u00e9acteur multifonctionnel sinuso\u00efdal innovant qui am\u00e9liore le m\u00e9lange et le transfert de chaleur en se basant sur l&#8217;advection chaotique. Cette nouvelle g\u00e9om\u00e9trie est construite en combinant un canal sinuso\u00efdal sur un canal h\u00e9lico\u00efdal. La structure de l&#8217;\u00e9coulement, le m\u00e9lange scalaire passif et le transfert de chaleur convectif dans le nouvel \u00e9changeur de chaleur sont analys\u00e9s num\u00e9riquement en utilisant la m\u00e9thode des volumes finis impl\u00e9ment\u00e9e dans OpenFOAM. Les r\u00e9sultats sont compar\u00e9s \u00e0 ceux obtenus avec un \u00e9changeur de chaleur classique \u00e0 spirale h\u00e9lico\u00efdale. L&#8217;\u00e9coulement laminaire est consid\u00e9r\u00e9 dans la pr\u00e9sente \u00e9tude, avec des nombres de Reynolds allant de 100 \u00e0 1400 en fonction du diam\u00e8tre hydraulique et de la vitesse moyenne d&#8217;\u00e9coulement. Les r\u00e9sultats num\u00e9riques ont montr\u00e9 la nature chaotique de l&#8217;\u00e9coulement dans la g\u00e9om\u00e9trie sinuso\u00efdale, o\u00f9 le changement p\u00e9riodique des forces centrifuges brise la sym\u00e9trie de l&#8217;\u00e9coulement et conduit \u00e0 des trajectoires chaotiques des particules. L&#8217;analyse lagrangienne des particules \u00e0 l&#8217;int\u00e9rieur du canal a confirm\u00e9 l&#8217;effet de l&#8217;advection chaotique sur l&#8217;am\u00e9lioration de l&#8217;efficacit\u00e9 du m\u00e9lange. Le coefficient de variation de la temp\u00e9rature de sortie dans le flux sinuso\u00efdal est diminu\u00e9 d&#8217;environ 100 % par rapport \u00e0 celui du canal h\u00e9lico\u00efdal, soulignant une meilleure homog\u00e9n\u00e9it\u00e9 de la temp\u00e9rature \u00e0 la sortie de l&#8217;\u00e9changeur de chaleur. De plus, le facteur d&#8217;am\u00e9lioration thermique, qui mesure le coefficient de transfert de chaleur par convection pour une m\u00eame puissancede pompage, augmente de 5, 5 \u00e0 20, 7 % dans l&#8217;\u00e9coulement sino-h\u00e9lice par rapport au canal h\u00e9lico\u00efdal. En compl\u00e9ment de l&#8217;analyse num\u00e9rique, une \u00e9tude exp\u00e9rimentale thermique a \u00e9t\u00e9 men\u00e9e sur les \u00e9changeurs de chaleur h\u00e9lico\u00efdaux et sino-h\u00e9lico\u00efdaux chaotiques, sur une large gamme de nombres de Reynolds (Re = 100 \u2212 10, 000), ayant tous deux la m\u00eame surface de transfert de chaleur. Les r\u00e9sultats ont prouv\u00e9 la sup\u00e9riorit\u00e9 de l&#8217;\u00e9changeur de chaleur chaotique par rapport \u00e0 l&#8217;\u00e9changeur classique, en particulier aux faibles nombres de Reynolds. Par cons\u00e9quent, le nouvel \u00e9changeur de chaleur propos\u00e9 est tr\u00e8s prometteur pour de nombreuses applications avec des r\u00e9gimes d&#8217;\u00e9coulement laminaire.<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":961,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[20,21],"tags":[6892,6891,6893],"class_list":["post-22113","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-documents","category-memoires-theses","tag-echangeur-chaotique","tag-heat-transfer","tag-sinus-helicoidale"],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO Premium plugin v23.9 (Yoast SEO v27.3) - https:\/\/yoast.com\/product\/yoast-seo-premium-wordpress\/ -->\n<title>Am\u00e9lioration du transfert de chaleur et du m\u00e9lange de fluides par advection chaotique dans une nouvelle g\u00e9om\u00e9trie de canal sinus-h\u00e9lico\u00efdal - GRETh<\/title>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, max-snippet:-1, max-image-preview:large, max-video-preview:-1\" \/>\n<link rel=\"canonical\" href=\"https:\/\/greth.fr\/en\/amelioration-du-transfert-de-chaleur-et-du-melange-de-fluides-par-advection-chaotique-dans-une-nouvelle-geometrie-de-canal-sinus-helicoidal\/\" \/>\n<meta property=\"og:locale\" content=\"en_US\" \/>\n<meta property=\"og:type\" content=\"article\" \/>\n<meta property=\"og:title\" content=\"Am\u00e9lioration du transfert de chaleur et du m\u00e9lange de fluides par advection chaotique dans une nouvelle g\u00e9om\u00e9trie de canal sinus-h\u00e9lico\u00efdal\" \/>\n<meta property=\"og:description\" content=\"R\u00e9sum\u00e9 : L&#039;objectif de cette th\u00e8se de doctorat est de pr\u00e9senter un \u00e9changeur de chaleur\/r\u00e9acteur multifonctionnel sinuso\u00efdal innovant qui am\u00e9liore le m\u00e9lange et le transfert de chaleur en se basant sur l&#039;advection chaotique. 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Cette nouvelle g\u00e9om\u00e9trie est construite en combinant un canal sinuso\u00efdal sur un canal h\u00e9lico\u00efdal. La structure de l'\u00e9coulement, le m\u00e9lange scalaire passif et le transfert de chaleur convectif dans le nouvel \u00e9changeur de chaleur sont analys\u00e9s num\u00e9riquement en utilisant la m\u00e9thode des volumes finis impl\u00e9ment\u00e9e dans OpenFOAM. Les r\u00e9sultats sont compar\u00e9s \u00e0 ceux obtenus avec un \u00e9changeur de chaleur classique \u00e0 spirale h\u00e9lico\u00efdale. L'\u00e9coulement laminaire est consid\u00e9r\u00e9 dans la pr\u00e9sente \u00e9tude, avec des nombres de Reynolds allant de 100 \u00e0 1400 en fonction du diam\u00e8tre hydraulique et de la vitesse moyenne d'\u00e9coulement. Les r\u00e9sultats num\u00e9riques ont montr\u00e9 la nature chaotique de l'\u00e9coulement dans la g\u00e9om\u00e9trie sinuso\u00efdale, o\u00f9 le changement p\u00e9riodique des forces centrifuges brise la sym\u00e9trie de l'\u00e9coulement et conduit \u00e0 des trajectoires chaotiques des particules. L'analyse lagrangienne des particules \u00e0 l'int\u00e9rieur du canal a confirm\u00e9 l'effet de l'advection chaotique sur l'am\u00e9lioration de l'efficacit\u00e9 du m\u00e9lange. Le coefficient de variation de la temp\u00e9rature de sortie dans le flux sinuso\u00efdal est diminu\u00e9 d'environ 100 % par rapport \u00e0 celui du canal h\u00e9lico\u00efdal, soulignant une meilleure homog\u00e9n\u00e9it\u00e9 de la temp\u00e9rature \u00e0 la sortie de l'\u00e9changeur de chaleur. De plus, le facteur d'am\u00e9lioration thermique, qui mesure le coefficient de transfert de chaleur par convection pour une m\u00eame puissancede pompage, augmente de 5, 5 \u00e0 20, 7 % dans l'\u00e9coulement sino-h\u00e9lice par rapport au canal h\u00e9lico\u00efdal. En compl\u00e9ment de l'analyse num\u00e9rique, une \u00e9tude exp\u00e9rimentale thermique a \u00e9t\u00e9 men\u00e9e sur les \u00e9changeurs de chaleur h\u00e9lico\u00efdaux et sino-h\u00e9lico\u00efdaux chaotiques, sur une large gamme de nombres de Reynolds (Re = 100 \u2212 10, 000), ayant tous deux la m\u00eame surface de transfert de chaleur. Les r\u00e9sultats ont prouv\u00e9 la sup\u00e9riorit\u00e9 de l'\u00e9changeur de chaleur chaotique par rapport \u00e0 l'\u00e9changeur classique, en particulier aux faibles nombres de Reynolds. Par cons\u00e9quent, le nouvel \u00e9changeur de chaleur propos\u00e9 est tr\u00e8s prometteur pour de nombreuses applications avec des r\u00e9gimes d'\u00e9coulement laminaire.","og_url":"https:\/\/greth.fr\/en\/amelioration-du-transfert-de-chaleur-et-du-melange-de-fluides-par-advection-chaotique-dans-une-nouvelle-geometrie-de-canal-sinus-helicoidal\/","og_site_name":"GRETh","article_publisher":"https:\/\/www.facebook.com\/grethfr\/","article_author":"https:\/\/www.facebook.com\/grethfr\/","article_published_time":"2025-05-13T08:38:21+00:00","article_modified_time":"2025-10-27T16:08:43+00:00","og_image":[{"width":424,"height":283,"url":"https:\/\/greth.fr\/wp-content\/uploads\/2015\/08\/theses-5.jpg","type":"image\/jpeg"}],"author":"GRETh","twitter_card":"summary_large_image","twitter_creator":"@grethfr","twitter_site":"@grethfr","twitter_misc":{"Written by":"GRETh","Est. reading time":"6 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