Interactions hydrodynamiques lors du transport de particules solides en fluide newtonien et non newtonien PDF Download
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Author: Antoine Despeyroux
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Category :
Languages : fr
Pages : 23
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Book Description
Ce mémoire est consacré à l'étude des effets des interactions hydrodynamiques sur le mouvement et le transport des particules sphériques et cylindriques dans les fluides non newtoniens. Des résultats importants ont été obtenus pour expliquer la physique des suspensions en fluide non newtonien. Le modèle non newtonien choisi est celui d'Ostwald car il décrit bien les effets de rhéofluidification et de rhéoépaississement qui caractérisent la plupart des fluides non newtoniens. Le premier résultat a été de montrer comment l'indice de fluidité affecte le comportement des suspensions par le biais de la longueur d'écran hydrodynamique autour de chaque particule. Ceci nous a permis de donner les bonnes valeurs de la traînée subie par chaque particule en milieu infini, et de montrer l'apparition du paradoxe de Whitehead dans le cas de la sphère à partir de n=2 et de Stokes dans le cas du cylindre à partir de n=1. Lorsque n est voisin de ces valeurs critiques, la détermination des forces hydrodynamiques devient très sensible à l'inertie. Le deuxième résultat important pour l'industrie de l'injection des matériaux composites, a été de montrer par une méthode inverse que les interactions hydrodynamiques pouvaient induire un retard plus ou moins important par rapport au cas newtonien dans le transport de particules. Le troisième résultat important pour l'analyse des processus d'agrégation de particules sphériques ou cylindriques a été obtenu dans le cas d'une particule sphérique ou cylindrique en sédimentation vers un plan fixe. Un calcul asymptotique dans le cas non newtonien en régime de lubrification, comparé avec succès à celui obtenu numériquement par la méthode de maillage dynamique, nous a permis d'obtenir les lois d'évolution de la force subie par ces particules entrant en contact avec un plan. Ces derniers résultats trouvent une application dans l'utilisation des machines dynamiques à force de surface dans le cadre de la nanorhéologie.
Author: Antoine Despeyroux
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Languages : fr
Pages : 23
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Ce mémoire est consacré à l'étude des effets des interactions hydrodynamiques sur le mouvement et le transport des particules sphériques et cylindriques dans les fluides non newtoniens. Des résultats importants ont été obtenus pour expliquer la physique des suspensions en fluide non newtonien. Le modèle non newtonien choisi est celui d'Ostwald car il décrit bien les effets de rhéofluidification et de rhéoépaississement qui caractérisent la plupart des fluides non newtoniens. Le premier résultat a été de montrer comment l'indice de fluidité affecte le comportement des suspensions par le biais de la longueur d'écran hydrodynamique autour de chaque particule. Ceci nous a permis de donner les bonnes valeurs de la traînée subie par chaque particule en milieu infini, et de montrer l'apparition du paradoxe de Whitehead dans le cas de la sphère à partir de n=2 et de Stokes dans le cas du cylindre à partir de n=1. Lorsque n est voisin de ces valeurs critiques, la détermination des forces hydrodynamiques devient très sensible à l'inertie. Le deuxième résultat important pour l'industrie de l'injection des matériaux composites, a été de montrer par une méthode inverse que les interactions hydrodynamiques pouvaient induire un retard plus ou moins important par rapport au cas newtonien dans le transport de particules. Le troisième résultat important pour l'analyse des processus d'agrégation de particules sphériques ou cylindriques a été obtenu dans le cas d'une particule sphérique ou cylindrique en sédimentation vers un plan fixe. Un calcul asymptotique dans le cas non newtonien en régime de lubrification, comparé avec succès à celui obtenu numériquement par la méthode de maillage dynamique, nous a permis d'obtenir les lois d'évolution de la force subie par ces particules entrant en contact avec un plan. Ces derniers résultats trouvent une application dans l'utilisation des machines dynamiques à force de surface dans le cadre de la nanorhéologie.
Author: Tseheno Nirina Randrianarivelo
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Languages : fr
Pages : 222
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Nous avons développé au cours de ce travail un modèle de simulation numérique directe afin de calculer les interactions hydrodynamiques entre le fluide et les particules. Ce modèle fait appel à une formulation originale du tenseur des contraintes des équations de Navier-Stokes. Nous l'avons décomposé en quatre expressions distinguant les contributions de compression, d'élongation, de cisaillement et de rotation. Quatre viscosités, associées à chaque contrainte, sont également introduites. Grâce à cette décomposition, nous sommes en mesure de simuler, à partir des seules équations de Navier-Stokes, le comportement d'un fluide visqueux incompressible ou celui d'un solide indéformable. Parallèlement à cela, nous avons développé une méthode de pénalisation pour imposer la contrainte d'incompressibilité du fluide et celle de non déformation du solide. Cette technique est fondée sur la méthode de lagrangien augmenté que nous avons généralisée à l'imposition de la contrainte de non déformation du solide. Les tests de validation ont montré l'efficacité de la méthode pour la simulation de particules en sédimentation à différents nombres de Reynolds. Le modèle numérique a ensuite été appliqué pour la simulation de l'écoulement à travers un ensemble de sphères fixes disposées dans un arrangement cubique face centré. Cette configuration idéale de lits fluidisés a permis d'identifier les modifications du coefficient de traînée Cd d'une particule de cet ensemble comparée à celui d'une particule isolée dans les mêmes conditions d'écoulement. La deuxième application fut l'étude d'un réseau de particules mobiles réparties de façon aléatoire initialement.
Author: BENOIT.. NOETINGER
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Languages : fr
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CE MEMOIRE PRESENTE LES RESULTATS D'UNE ETUDE THEORIQUE DES PROPRIETES DE TRANSPORT HYDRODYNAMIQUES DE SUSPENSIONS DE PARTICULES SPHERIQUES RIGIDES IMMERGEES DANS UN FLUIDE VISQUEUX, A PETIT NOMBRE DE REYNOLDS. L'ACCENT EST MIS SUR LE CALCUL DES VARIATIONS DE LA VISCOSITE EFFICACE DE LA SUSPENSION ET DE LA VITESSE DE SEDIMENTATION EN FONCTION DE LA FRACTION VOLUMIQUE OCCUPEE PAR LES PARTICULES. CES EFFETS SONT LIES AUX INTERACTIONS HYDRODYNAMIQUES ENTRE CELLES-CI; CES INTERACTIONS SONT DES INTERACTIONS A N CORPS A LONGUE PORTEE. NOUS JUSTIFIONS L'EMPLOI D'UN MODELE A DEUX FLUIDES, QUI PERMET DE TRAITER CONVENABLEMENT LE PROBLEME POSE PAR LA LONGUE PORTEE DE CES INTERACTIONS. NOUS AVONS AINSI MIS EN EVIDENCE LE ROLE JOUE PAR LES PAROIS DU RECIPIENT CONTENANT LA SUSPENSION, DONT LA FORME INTERVIENT DANS LES CHAMPS DE VITESSE PRIS PAR LE FLUIDE ET LES PARTICULES, BIEN QUE LES EQUATIONS DE DEPART SOIENT BIEN LOCALES. L'EMPLOI DES TECHNIQUES DE CALCUL DE BEENAKKER ET MARUR PERMET D'OBTENIR DES VALEURS POUR LA VITESSE DE SEDIMENTATION CONCORDANT BIEN AVEC LES EXPERIENCES. D'AUTRE PART, IL EST MONTRE QUE, AU-DELA D'UNE CERTAINE CONCENTRATION CRITIQUE, LA SUSPENSION PERD SON CARACTERE FLUIDE ET DEVIENT PROCHE D'UN MILIEU POREUX RIGIDE DE VISCOSITE INFINIE. CE PROBLEME POSSEDE LA STRUCTURE D'UN PROBLEME DE PERCOLATION CONTINUE, ET MONTRE LE CARACTERE CRITIQUE DES SUSPENSIONS CONCENTREES. A TITRE D'APPLICATION DE CES IDEES, NOUS AVONS CONSTRUIT UN MODELE DYNAMIQUE SIMPLE DE FORMATION DE SEDIMENTS, EN MONTRANT L'EXISTENCE D'ONDES SOLITAIRES DE CONCENTRATION DECRIVANT LE PROCESSUS DE TASSEMENT DU SEDIMENT
Author: Micheline Abbas
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Ce travail aborde, à l'aide de simulations Lagrangiennes, la description du comportement rhéophysique d'une suspension de particules solides sphériques en écoulement cisaillé. Les effets de l’inertie du fluide, de l'agitation Brownienne et de la gravité sont négligés. Les suspensions étudiées sont classées en deux grandes familles, en fonction de l'inertie de la phase dispersée caractérisée par le nombre de Stokes. A très petit nombre de Stokes, les suspensions sont de type liquide-solide où le fluide est très visqueux. Le modèle de simulation "Force Coupling Method" est utilisée pour simuler les interactions hydrodynamiques qui contrôlent la dynamique de ces suspensions. Cette méthode se base sur un développement multipolaire de la perturbation de vitesse induite par la présence des particules dans le fluide porteur. L'évolution de quantités macroscopiques en fonction de la fraction volumique du solide [φ=1-20%] est analysée dans des suspensions monodisperses. Les résultats (fluctuations de vitesse, auto-diffusion, auto-corrélation des vitesses et distribution spatiale de paires de particules...) confortent les tendances observées dans plusieurs études de la littérature. Nous montrons que l’agitation des particules induit un comportement diffusif dont l’intensité est une fonction croissante de la concentration. Le niveau d’agitation mais aussi le temps de diffusion augmentent lorsque les interactions multi-corps contrôlent la dynamique de la suspension. Les effets de lubrification associés à des particules proches du contact sont résolus précisément. Ceci permet d'utiliser la FCM pour simuler des suspensions de concentration plus élevée (allant jusqu'à 35%), et de quantifier leur viscosité effective. Le modèle de simulation est étendu aux cas de suspensions bidisperses. L'impact de la variation du rapport de taille ou de concentration sur les statistiques (des deux espèces) est examiné pour une fraction volumique constante de la phase dispersée. Pour un rapport de concentration fixe, nous avons trouvé qu'un rapport de taille croissant entraîne une augmentation (resp. diminution) du niveau de fluctuation des petites (resp. grosses) particules. Quand le rapport de taille et la concentration totale sont fixes, l'augmentation du nombre de grosses particules entraîne l'augmentation du taux de fluctuation et de la diffusion des deux espèces. Les suspensions caractérisées par un nombre de Stokes modéré ou grand sont en général de type gaz-solide. Un modèle de simulation basé sur l’intégration des trajectoires de particules assimilées à des sphères dures est utilisé pour simuler la dynamique de la suspension. Le mouvement des particules est uniquement contrôlé par les collisions et par la force de traînée sur une particule isolée. Les simulations montrent que les propriétés de la suspension dépendent fortement de l'inertie des particules et de la concentration. La variation du nombre de Stokes de 1 à 10 induit une augmentation de l'agitation des particules de trois ordres de grandeur, et une évolution de la distribution de vitesse d'une forme très piquée (proche d’un Dirac) à une forme Maxwellienne. Les résultats numériques sont confrontés aux prédictions de deux modèles issus de la théorie cinétique des milieux granulaires adaptés aux nombres de Stokes modérés: la fonction Dirac (resp. Maxwellienne déviée) est utilisée pour décrire les suspensions faiblement (resp. fortement) agitées. Une nouvelle théorie pour déterminer les coefficients du tenseur d'auto-diffusion Lagrangienne est développée et validée avec les résultats des simulations. Les coefficients de diffusion et la viscosité de la phase solide sont également confrontés aux modèles théoriques utilisés pour la prédiction d’écoulements complexes. L'effet de l'inélasticité sur les quantités statistiques est également discuté. La conclusion de ce document fait la synthèse de tous ces résultats en proposant une approche unifiée de l’évolution de la viscosité effective du mélange fluide/particules. Une modification de la méthode FCM est proposée pour modéliser simultanément l'inertie des particules et les interactions hydrodynamiques.
Author: Nejiba Ghalya
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Languages : fr
Pages : 177
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Cette thèse concerne l'étude de l'écoulement autour d'une particule solide dans un écoulement de cisaillement parabolique d'un fluide visqueux pres d'une paroi plane et solide sur laquelle s'exerce une condition de glissement de Navier. Pour une particule sphérique, cet écoulement est d'abord résolu par la méthode des coordonnées bispheriques. Nous obtenons ainsi la force et le couple qui s'exercent sur la particule sphérique fixe dans cet écoulement ainsi que le stresslet, moment symétrique des contraintes. Par linéarité des équations de Stokes, le problème d'une sphère libre de se mouvoir dans un écoulement parabolique avec glissement sur la paroi est traite par combinaison des problèmes elementaires suivants: sphère fixe dans un écoulement parabolique, sphère en translation et en rotation. Nous calculons ainsi le stresslet pour une sphère qui se déplace librement dans cet écoulement avec glissement sur la paroi. Dans une deuxième partie de ce travail, nous appliquons la méthode des elements de frontière avec le tenseur de Green approprie pour résoudre le problème d'une particule solide de forme quelconque dans un écoulement parabolique d'un fluide visqueux pres d'une paroi avec glissement. Nous retrouvons nos résultats pour le cas d'une particule sphérique. Cette méthode est alors appliquée au cas d'une particule ellipsoïdale fixe de même volume que la sphère et dont l'axe est perpendiculaire a la paroi . Par comparaison des résultats pour les deux particules, nous en déduisons l'influence de la forme de la particule. Dans le dernier chapitre nous présentons de nouveaux résultats concernant les forces, couples, vitesses et stresslets pour le cas d'un ellipsoïde d'axe incline par rapport a la paroi
Author: Hermann Schlichting (Deceased)
Publisher: Springer
ISBN: 366252919X
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 814
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Book Description
This new edition of the near-legendary textbook by Schlichting and revised by Gersten presents a comprehensive overview of boundary-layer theory and its application to all areas of fluid mechanics, with particular emphasis on the flow past bodies (e.g. aircraft aerodynamics). The new edition features an updated reference list and over 100 additional changes throughout the book, reflecting the latest advances on the subject.
Author: Philippe Charlez
Publisher: CRC Press
ISBN: 9789054106289
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 320
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Book Description
This work presents the lecture notes of the 1994 Mechanics of Porous Media Summer School. Chapters cover theoretical basics, methods for measuring poroelastic coefficients, numerical implementation and applications.
Author: Trong T. Bui
Publisher:
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Category : Parallel computers
Languages : en
Pages : 28
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Author: P. Ayazi Shamlou
Publisher: Elsevier
ISBN: 1483162141
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 345
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Book Description
Processing of Solid-Liquid Suspensions is a collection of articles from several industrialists and academicians who are active in fundamental and applied research relating to handling and processing of particles in liquids. This collection of papers deals with the processes of interaction of particles with each other, with the surrounding liquid and process equipment, whereby knowledge of the mechanism of these interactions can be a sound basis for improving the design of the process equipment and create an optimum environment for the formation and processing of the particulate. The above notion is explained through analysis of the role of turbulent aggregation and breakup of particles in the formation of many solid products from aqueous solutions. This book also analyzes particle size and particulate crystals, whether as final products or as intermediates during processing. In the purification of proteins, two essential units of operation are used; precipitation and solid-liquid separation are analyzed, where theoretical considerations are reviewed. This text also discusses the application of model suspensions in the design of aerobic fermenters in practical industrial uses. High concentration of suspension preparations and solid suspension in liquid flourized beds or in stirred vessels are explained in more detail as to how these affect certain industries. This selection finally presents the progress made in developing design and methods needed by industry. Researchers, chemists, and scientists in industry, as well as advanced students with interests in formation and processing of stable suspensions and in advanced process engineering courses will find this textbook a valuable aid.
Author: Yu S. Matros
Publisher: VSP
ISBN: 9789067641272
Category : Science
Languages : en
Pages : 728
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Book Description
In the last decades the investigation methods of unsteady state catalytic processes have been widely developed by the response-technique methods. From this research emerged the realization that under unsteady state conditions and, especially under artificially created ones, it is possible to increase the productivity or selectivity of a catalyst or a catalytical process as a whole. The scientific literature in this field is mostly theoretical and aims at structuring and analysing mathematical models of unsteady state catalytical processes. In this book the theoretical and applied aspects of an efficiency of artificially created unsteady conditions in catalysis are discussed. It contains the lectures from researchers from all over the world that were held during the International Conference ''Unsteady State Processes in Catalysis'', 5--8 June 1990, Novosibirsk (USSR). Topics include: -- The problems of dynamics of a catalyst surface -- Kinetic models of unsteady processes -- Dynamics of chemical reactors -- Artificially created unsteady processes in a catalytic reactor.
