Modélisation stochastique du dépot de particules colloïdales transportées par des écoulements turbulents isothermes et non isothermes PDF Download
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Author: Clara Martineau
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Languages : fr
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Book Description
Ce travail concerne la généralisation d'un modèle de dépôt de particules. La première partie présente l'approche de modélisation adoptée pour simuler le dépôt de particules colloïdales et traite du raccord entre le Modèle de Langevin Généralisé qui calcule le transport des particules dans le coeur de l'écoulement et le Modèle de Proche Paroi (MPP) destiné au voisinage de la paroi. Le raccord est assuré par l'équilibre du flux de particules traversant l'interface entre les modèles. La validation est assurée par le passage en particules fluides en vérifiant que le raccord est valable dans le cas limite du fluide. Ce travail a donné lieu à des développements théoriques et numériques sur les statistiques conditionnées d'une particule traversant une interface. Des calculs de dépôt de particules montrent que le MPP reproduit correctement les résultats expérimentaux pour des écoulements isothermes. Dans un écoulement non isotherme, les particules peuvent faire l'expérience du phénomène de thermophorèse (qui est le mécanisme de déplacement des particules induit par un gradient de température) qui peut considérablement influencer le dépôt de particules. Nous avons choisi de modéliser la thermophorèse dans le MPP. Nous étudions d'abord la thermophorèse en milieu gazeux car elle est très bien expliquée par la théorie cinétique des gaz. L'étude de la thermophorèse en milieu liquide est plus ardue car elle ne dispose pas encore de théorie unifié ni de travaux expérimentaux qui étudient ce phénomène. La dernière partie est consacrée à la prise en compte du phénomène de thermophorèse en liquide dans le MPP. Cette étude fournit de nouveaux résultats numériques de dépôt en milieu liquide.
Author: Clara Martineau
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Ce travail concerne la généralisation d'un modèle de dépôt de particules. La première partie présente l'approche de modélisation adoptée pour simuler le dépôt de particules colloïdales et traite du raccord entre le Modèle de Langevin Généralisé qui calcule le transport des particules dans le coeur de l'écoulement et le Modèle de Proche Paroi (MPP) destiné au voisinage de la paroi. Le raccord est assuré par l'équilibre du flux de particules traversant l'interface entre les modèles. La validation est assurée par le passage en particules fluides en vérifiant que le raccord est valable dans le cas limite du fluide. Ce travail a donné lieu à des développements théoriques et numériques sur les statistiques conditionnées d'une particule traversant une interface. Des calculs de dépôt de particules montrent que le MPP reproduit correctement les résultats expérimentaux pour des écoulements isothermes. Dans un écoulement non isotherme, les particules peuvent faire l'expérience du phénomène de thermophorèse (qui est le mécanisme de déplacement des particules induit par un gradient de température) qui peut considérablement influencer le dépôt de particules. Nous avons choisi de modéliser la thermophorèse dans le MPP. Nous étudions d'abord la thermophorèse en milieu gazeux car elle est très bien expliquée par la théorie cinétique des gaz. L'étude de la thermophorèse en milieu liquide est plus ardue car elle ne dispose pas encore de théorie unifié ni de travaux expérimentaux qui étudient ce phénomène. La dernière partie est consacrée à la prise en compte du phénomène de thermophorèse en liquide dans le MPP. Cette étude fournit de nouveaux résultats numériques de dépôt en milieu liquide.
Author: Christophe Morel
Publisher: Springer
ISBN: 3319201042
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 365
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Book Description
This book develops the theoretical foundations of disperse two-phase flows, which are characterized by the existence of bubbles, droplets or solid particles finely dispersed in a carrier fluid, which can be a liquid or a gas. Chapters clarify many difficult subjects, including modeling of the interfacial area concentration. Basic knowledge of the subjects treated in this book is essential to practitioners of Computational Fluid Dynamics for two-phase flows in a variety of industrial and environmental settings. The author provides a complete derivation of the basic equations, followed by more advanced subjects like turbulence equations for the two phases (continuous and disperse) and multi-size particulate flow modeling. As well as theoretical material, readers will discover chapters concerned with closure relations and numerical issues. Many physical models are presented, covering key subjects including heat and mass transfers between phases, interfacial forces and fluid particles coalescence and breakup, amongst others. This book is highly suitable for students in the subject area, but may also be a useful reference text for more advanced scientists and engineers.
Author: Christophe Henry
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Languages : en
Pages : 198
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Book Description
The aim of this PhD work is to develop physical models aiming at simulating particulate fouling (i.e. the accumulation of inorganic colloidal particles on surfaces) in turbulent flows in the framework of stochastic Lagrangian methods. In the first part, a new model for the calculation of particle-surface interactions including the effects of surface roughness is presented. This model is first validated on simple test-cases and the influence of surface roughness on the overall interaction is analysed. This model is then coupled with a model for particle transport in a turbulent flow. Numerical results obtained for particle deposition are found to be in line with measurements. The second part of this work is devoted to the extension of the particle-surface interaction model for the calculation of adhesion forces, accounting for both surface roughness and electrostatic forces. Numerical predictions are in good agreement with experimental data on adhesion forces. Furthermore, this model is coupled with a model for particle resuspension and numerical results obtained are shown to compare well with some available experiments. In the third part of this work, the particle deposition model is extended to simulate the accumulation of particles on a surface through the introduction of particle-particle interactions in the particle-surface interaction. Numerical results are in qualitative agreement with available experimental data, and highlight the ability of the model to reproduce a complete blockage.This study underlines the necessity to account for the coupling between particle-fluid, particle-surface and particle-particle interactions to simulate particulate fouling.
Author: Valérie Chagras
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Languages : fr
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L'objectif de ce travail est de contribuer à la modélisation numérique des écoulements turbulents gaz-particules en conduite horizontale ou verticale non isotherme, présents dans de nombreux procédés industriels (transport pneumatique, séchage, ). Le modèle repose sur une approche eulérienne-lagrangienne permettant une description fine des mécanismes d'interactions entre les deux phases (action du fluide sur les particules (dispersion), action des particules sur le fluide (couplage two-way ) et interactions inter-particulaires (collisions)), plus ou moins influents selon les caractéristiques de l'écoulement. Les développements numériques apportés au modèle en conduite verticale et horizontale ont été validés par comparaison avec les résultats expérimentaux disponibles dans la littérature. Les tests de sensibilité ont mis en évidence l'influence du modèle de dispersion, des collisions et de la modulation de la turbulence sur le comportement dynamique et thermique de la suspension.
Author: Valérie Chagras
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Languages : fr
Pages : 218
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L'objectif de ce travail est de contribuer à la modélisation numérique des écoulements turbulents gaz-particules en conduite horizontale ou verticale non isotherme, présents dans de nombreux procédés industriels (transport pneumatique, séchage, ). Le modèle repose sur une approche eulérienne-lagrangienne permettant une description fine des mécanismes d'interactions entre les deux phases (action du fluide sur les particules (dispersion), action des particules sur le fluide (couplage two-way ) et interactions inter-particulaires (collisions)), plus ou moins influents selon les caractéristiques de l'écoulement. Les développements numériques apportés au modèle en conduite verticale et horizontale ont été validés par comparaison avec les résultats expérimentaux disponibles dans la littérature. Les tests de sensibilité ont mis en évidence l'influence du modèle de dispersion, des collisions et de la modulation de la turbulence sur le comportement dynamique et thermique de la suspension.
Author: Mikaël Mohaupt
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Languages : fr
Pages : 145
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Ce travail de thèse porte sur la modélisation et la simulation numérique de la collision et l'agglomération de particules colloïdales dans un écoulement fluide turbulent par une nouvelle méthode. Ces particules sont sensibles dans une même mesure aux effets brownien et turbulent. La première partie du travail concerne la modélisation du phénomène physique,allant du transport des particules jusqu'à la modélisation des forces d'adhésion physico-chimiques en passant par l'étape cruciale qui est la détection des interactions entre les particules (collisions). Cette détection des collisions est dans un premier temps étudiée par rapport aux algorithmes classiques existants dans la littérature. Bien que très efficaces dans le cadre de particules soumises à l'agitation turbulente, les conclusions de cette partie exposent les limites des méthodes existantes en termes de coûts numériques, pour le traitement d'un ensemble de colloïdes soumis au mouvement brownien. La seconde partie du travail oriente alors les travaux vers une vision novatrice du phénomène physique considéré. Le caractère diffusif aléatoire est alors considéré d'un point de vu stochastique, comme un processus conditionné dans l'espace et dans le temps. Ainsi, une nouvelle méthode de détection et de traitement des collisions de particules soumises exclusivement à un mouvement diffusif est présentée et validée, exposant un gain considérable en termes de coûts numériques. Le potentiel de cette nouvelle approche est validé et ouvre de nombreuses pistes de réflexion dans l'utilisation des méthodes stochastiques appliqués à la représentation de la physique.
Author: Vincent Pimont
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Languages : fr
Pages : 234
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Etude des équations d'un écoulement turbulent avec transfert de chaleur. Structure d'un écoulement turbulent non isotherme de métal liquide. Modélisation des équations de transport des moments lies a la fluctuation de température. Modélisation des équations de transport de U X U, K et E A grand nombre de Reynolds. Application du modèle à l'étude de la zone de paroi d'un écoulement turbulent non isotherme de métal liquide
Author: Anélie Pétrissans
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Languages : fr
Pages : 426
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Ce travail repose sur l'approche lagrangienne de la dispersion de particules par un écoulement turbulent. L'agitation instantanée du fluide à la position d'une particule est prédite par une modélisation stochastique basée sur la connaissance des coefficients d'autocorrélation des fluctuations du fluide " vu " par la particule. Le modèle aléatoire proposé ARMA(2,1) est consistant avec les formes analytiques de Wang et Stock (1993) pour les fonctions d'autocorrélation du fluide vu. Une étude paramétrique de la dispersion de particules dans un champ turbulent homogène, isotrope et stationnaire a mis en évidence qu'une forme non-linéaire de la force de traînée peut rendre l'anisotropie du mouvement des particules discrètes plus prononcée. Notre étude a été étendue vers les écoulements gaz-solide en conduite. La comparaison de plusieurs modèles de dispersion montre que dans le cas de fines particules, il est indispensable de modéliser correctement le caractère non-homogène de la turbulence.
Author: Boris Arcen
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Languages : fr
Pages : 237
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Book Description
Le travail présenté dans ce mémoire concerne l'étude du mouvement d'inclusions solides en suspension dans un écoulement turbulent de canal isotherme et anisotherme par simulation numérique directe. Grâce à cet outil de simulation, nous avons pu analyser l'influence de l'inertie et du croisement de trajectoires sur les caractéristiques dynamiques et thermiques de la phase dispersée ainsi que sur celles du fluide vu au sein d'une turbulence non homogène. Cela pourra notamment faciliter le développement futur des modélisations euléro-lagrangienne et euléro-eulérienne dans ce type de turbulence. Nous avons essayé d'examiner au mieux la conséquence de ces effets sur les statistiques de la phase dispersée telles que la concentration, la moyenne et l'écart type de la vitesse, les covariances fluide-particules, les corrélations triples de la vitesse des particules. Parallèlement à cela, les caractéristiques du fluide vu par les particules ont été étudiées, nous nous sommes intéressés à la vitesse de dérive, aux tensions de Reynolds du fluide vu, et la décorrélation temporelle des fluctuations de la vitesse du fluide vu. En ce qui concerne la partie thermique, nous présentons les statistiques thermiques de la phase dispersée et du fluide vu par les particules au sein de l'écoulement anisotherme vertical descendant. Tous ces aspects sont développés en gardant à l'esprit le cadre général de cette étude, c'est-à-dire comprendre le comportement thermique de la phase dispersée et fournir des informations concernant des grandeurs importantes intervenant dans la modélisation de tels écoulements.
Author: Sophie Moissette
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Languages : fr
Pages : 248
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Book Description
Cette étude constitue une contribution au développement d'outils de simulation d'écoulements gaz-solide en situation anisotherme, présents dans de nombreuses applications industrielles (séchage, combustion, ). La modélisation repose sur une approche euler-lagrange et s'appuie sur une représentation fine des mécanismes qui affectent le comportement de la suspension (modèle k-epsilon anisotrope, à bas Reynolds et modèle WET, suivi lagrangien avec collisions et dispersion, couplage entre les phases). L'influence des différents phénomènes et de leur modélisation sur le comportement de chaque phase est évaluée par plusieurs études paramétriques et par confrontation avec des résultats issus de la littérature. Le code de calcul s'est avéré capable de prédire la modulation des échanges thermiques en présence de particules pour une gamme relativement large d'écoulements, même si plusieurs problèmes se posent encore pour les particules les plus petites et pour les plus forts taux de chargement.
