Numerical and experimental analyses of single and two-phase microfluidic flows with implications in microreactors

Abstract

Aquesta tesi centra els seus esforços en l'àmbit de la microfluídica, un camp relativament recent dins de la Mecànica de Fluids, amb un futur prometedor i amb un ritme d'investigació intens en les seves diferents especialitzacions. En aquest sentit, la tesi presenta dos aportacions científiques principals. Primer, aporta una eina numèrica d'elaboració pròpia per realitzar simulacions de fluxos reactius en microcanals. Eina que s'aplica satisfactòriament a la identificació dels principals processos de transport involucrats en la oxidació parcial del metà per a produir gas de síntesi, i a l'estudi de l'efecte que tenen alguns paràmetres d'operació en aquest procés reactiu. Segon, estén el coneixement dels fluxos multifàsics en microunions en T, estudiant experimentalment fluxos de dues fases amb fluids principalment miscibles i en condicions supercrítiques, que son portats al seu equilibri vapor-líquid. Durant aquest estudi, a més, reporta un succés inesperat que presenta futurs reptes en l'aplicació d'aquest tipus de fluxos multifàsics.

The present thesis focuses on microfluidics, a relatively recent field of Fluid Mechanics with promising expectations and with an intense scientific interest on its different areas. In this regard, the thesis aims to provide two main scientific contributions. First, it presents an in-house numerical tool to carry out simulations of reactive flows within microchannels. The tool is successfully applied to the identification of the main transport phenomena involved on the partial oxidation of methane to produce synthesis gas, and to the analysis of the effect of several operating parameters on this reactive process. Second, it extends the knowledge on multiphase flows in microfluidic T-junctions with an experimental study of two-phase flows of mixtures of potentially miscible fluids, in supercritical conditions and in vapour-liquid equilibrium. In this study it is also reported an unexpected phenomenon, which brings new challenges to the application of these kind of multiphase flows.