MModélisation et simulations de mélanges binaires de particules en interaction avec un champ fluide turbulent pour l'application aux lits fluidisés circulants PDF Download
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Author: Christophe Gourdel
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 192
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Book Description
Dans le but d'améliorer la compréhension des écoulements présents dans les lits fluidisés circulants, cette étude présente une modélisation eulérienne d'écoulements ascendants de mélanges binaires de particules soumises à un champ fluide turbulent. La modélisation prend en compte l'entraînement des particules par le gaz ainsi que les collisions entre les particules, mais néglige l'influence des particules sur le mouvement du gaz. La modélisation de la phase solide est effectuée, par extension de la démarche menée en monosolide, en utilisant le formalisme de la théorie cinétique, qui permet une modélisation aisée des termes de collisions entre particules si on connaît la fonction de distribution des particules (pdf). Un modèle lagrangien de mixtures de particules entraînées par un fluide turbulent est alors mis au point, par extension de la démarche menée en monosolide, qui permet par simulation de déterminer la forme des pdf et de les modéliser. Il s'avère que, dans le cas présent, le modèle retenu pour la pdf de chaque espèce consiste en une gaussienne centrée en la vitesse moyenne de l'espèce considérée et caractérisée par un écart type égal à l'énergie cinétique spécifique par agitation de l'espèce. Les termes caractéristiques des collisions entre particules peuvent alors être calculés. D'autre part, les interactions fluide-panicules sont modélisées de façon analogue au cas monosolide. Une validation du modèle ainsi obtenu est effectuée dans le cas simple d'un mélange homogène stationnaire de particules en chute libre dans une turbulence homogène isotrope. Les résultats du modèle eulérien (vitesse, énergie cinétique par agitation, corrélation fluide particule, temps caractéristiques) sont comparés avec succès aux résultats des simulations lagrangiennes. Les phénomènes physiques mis en évidence sont notamment les transferts importants de quantité de mouvement et d'énergie entre espèces, ainsi que l'anisotropie des mouvements fluctuants des particules.
Author: Christophe Gourdel
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Languages : fr
Pages : 192
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Book Description
Dans le but d'améliorer la compréhension des écoulements présents dans les lits fluidisés circulants, cette étude présente une modélisation eulérienne d'écoulements ascendants de mélanges binaires de particules soumises à un champ fluide turbulent. La modélisation prend en compte l'entraînement des particules par le gaz ainsi que les collisions entre les particules, mais néglige l'influence des particules sur le mouvement du gaz. La modélisation de la phase solide est effectuée, par extension de la démarche menée en monosolide, en utilisant le formalisme de la théorie cinétique, qui permet une modélisation aisée des termes de collisions entre particules si on connaît la fonction de distribution des particules (pdf). Un modèle lagrangien de mixtures de particules entraînées par un fluide turbulent est alors mis au point, par extension de la démarche menée en monosolide, qui permet par simulation de déterminer la forme des pdf et de les modéliser. Il s'avère que, dans le cas présent, le modèle retenu pour la pdf de chaque espèce consiste en une gaussienne centrée en la vitesse moyenne de l'espèce considérée et caractérisée par un écart type égal à l'énergie cinétique spécifique par agitation de l'espèce. Les termes caractéristiques des collisions entre particules peuvent alors être calculés. D'autre part, les interactions fluide-panicules sont modélisées de façon analogue au cas monosolide. Une validation du modèle ainsi obtenu est effectuée dans le cas simple d'un mélange homogène stationnaire de particules en chute libre dans une turbulence homogène isotrope. Les résultats du modèle eulérien (vitesse, énergie cinétique par agitation, corrélation fluide particule, temps caractéristiques) sont comparés avec succès aux résultats des simulations lagrangiennes. Les phénomènes physiques mis en évidence sont notamment les transferts importants de quantité de mouvement et d'énergie entre espèces, ainsi que l'anisotropie des mouvements fluctuants des particules.
Author: Martín Obligado
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Cette thèse est organisée en deux parties. Après une brève introduction théorique (chapitre 1) et une discussion présentant la soufflerie du LEGI et des techniques expérimentales utilisées (chapitre 2), une première partie étudie les effets individuels des particules dans les écoulements tantôt laminaires et turbulents. Dans une seconde partie je me suis intéressé aux effets collectifs d'une population dense d'inclusions en interaction avec un champ turbulent.Dans le chapitre 3, nous montrons que l'équilibre d'un disque pendulaire faisant face à un écoulement présentant une vitesse moyenne présente un comportement bi-stable et hystérétique. Nous donnons une interprétation simple de ce comportement en termes d'une description par deux puits de potentiel, nécessitant uniquement de connaître la dépendance angulaire du coefficient de trainée normale d'une plaque statique inclinée. Nous étudions l'influence de la turbulence sur l'équilibre du pendule en général et sur la bi-stabilité observée en particulier.La dynamique des objets tractés dans un environnement fluide est d'intérêt pour de nombreuses situations pratiques. Les chapitres 4,5 et 6 concernent l'étude expérimentale de l'équilibre et de la stabilité de la trajectoire d'une sphère tractée à vitesse constante. Dans le chapitre 4, nous avons vu que le sillage d'une sphère peut produire un mouvement hélicoïdal d'une sphère remorqué par un fil. Nous avons constaté qu'il existe un nombre de Reynolds (défini avec le diamètre de la particule et la vitesse moyenne de l'écoulement) particulier pour activer cette motion instable. Une trajectoire en trois dimensions est reconstruite avec un dispositif expérimental extrêmement simple, utilisé pour la caractérisation de la forme de la trajectoire des particules. Dans le chapitre 5, nous étudions expérimentalement l'équilibre et la stabilité de la trajectoire d'une sphère remorqué à une vitesse constante dans la avec un rapport longueur - diamètre sans précédent. En ce chapitre, nous étudions les instabilités développées dans le fil pour un écoulement laminaire. Diffèrent types d'instabilités ont été trouvés dans cette expérience. Dans le chapitre 6, le même système est étudié, mais l'écoulement environnant est turbulent. Nous nous concentrons sur la comparaison entre la dynamique turbulente de la sphère tractée et d'une sphère librement advectèe. Nos résultats sont en accord avec un scénario de filtrage résultant du temps de réponse visqueuse d'une particule d'inertie dont la dynamique est couplée au fluide environnant par la force de traînée. Une caractéristique frappante des écoulements turbulents chargés de particules inertielles est la concentration préférentielle qui conduit à de très fortes hétérogénéités du champ de concentration en particules à différentes échelles. Les diagrammes de Voronoi ont été utilisés pour caractériser quantifier ce phénomène.En ce qui concerne les effets collectifs, trois écoulements différents ont été étudiés : bulles d'air (particules moins denses que le fluide, avec une taille de l'ordre de l ́échelle de Kolmogorov) dans un canal a eau (chapitre 7), des particules solides légèrement plus denses que le fluide et diamètre supérieur à l ́échelle de Kolmogorov dans une écoulement de von Kármán (chapitre 8) et gouttelettes d'eau dans la soufflerie (chapitre 9) ; de particules beaucoup plus denses que le fluide et diamètre inférieur à l'échelle de Kolmogorov. Enfin, nous proposons une nouvelle méthode de reconstruction des champs de concentration des particules dans les expériences par analogie avec le fonctionnement des caméras linéaire, et en exploitant l'hypothèse de Taylor dans la soufflerie. Cette nouvelle approche nous permet de reconstruire des champs de particules de plusieurs mètres de long. Ces champs permettent d'analyser la formation des superclusters. Nous montrons en effet que les clusters tendent eux-mêmes à s'organiser en superclusters (amas d'amas).
Author: Tseheno Nirina Randrianarivelo
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 222
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Book Description
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.
