Contribution expérimentale à l'étude du comportement hydrodynamique de l'écoulement gaz-particules dans les lits fluidisés PDF Download
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Book Description
Le but de cette thèse est de caractériser le comportement de la phase solide marquant le régime turbulent dans la zone dilué d’une colonne à lit fluidisé circulant et définir sa limite supérieure qui marque la transition au régime de fluidisation rapide. Une série d’expériences ont été réalisé dans ce sens surtout pour déterminer les vitesses des particules et leurs écarts types en utilisant la technique laser doppler vélocimétrie. L’étude est divisée en deux parties principales, la première a consisté à déterminer le comportement moyen de la phase solide et la structure macroscopique du lit ainsi que son comportement fluctuant à partir de l’analyse du mouvement axial et transversal des particules avec et sans séparation des particules suivant leurs sens de mouvement (ascendante/ descendante, dirigée vers le centre de la colonne / la paroi). La deuxième partie a consisté d’étudier la transition entre le régime turbulent et le régime de fluidisation rapide à partir de l’analyse de l’évolution des grandeurs moyennes et fluctuantes du lit localement au centre et en paroi (surtout les vitesses des particules, leurs écarts-types, et le taux de particules en circulation). Sur la base de ces observations nous avons défini un nouveau régime intermédiaire entre le régime turbulent et le régime de fluidisation rapide que nous avons appelé régime "Pré-fluidisation rapide" qui partage beaucoup de caractéristiques avec le régime de fluidisation rapide mais sans variation sensible sur le taux de solide récupéré en sortie.
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Le but de cette thèse est de caractériser le comportement de la phase solide marquant le régime turbulent dans la zone dilué d’une colonne à lit fluidisé circulant et définir sa limite supérieure qui marque la transition au régime de fluidisation rapide. Une série d’expériences ont été réalisé dans ce sens surtout pour déterminer les vitesses des particules et leurs écarts types en utilisant la technique laser doppler vélocimétrie. L’étude est divisée en deux parties principales, la première a consisté à déterminer le comportement moyen de la phase solide et la structure macroscopique du lit ainsi que son comportement fluctuant à partir de l’analyse du mouvement axial et transversal des particules avec et sans séparation des particules suivant leurs sens de mouvement (ascendante/ descendante, dirigée vers le centre de la colonne / la paroi). La deuxième partie a consisté d’étudier la transition entre le régime turbulent et le régime de fluidisation rapide à partir de l’analyse de l’évolution des grandeurs moyennes et fluctuantes du lit localement au centre et en paroi (surtout les vitesses des particules, leurs écarts-types, et le taux de particules en circulation). Sur la base de ces observations nous avons défini un nouveau régime intermédiaire entre le régime turbulent et le régime de fluidisation rapide que nous avons appelé régime "Pré-fluidisation rapide" qui partage beaucoup de caractéristiques avec le régime de fluidisation rapide mais sans variation sensible sur le taux de solide récupéré en sortie.
Author: Olga Batrak Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 25
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L'objectif de cette étude est la caractérisation hydrodynamique de l'écoulement gaz-particules d'une installation à Lit Fluidisé Circulant. L'étude numérique de faisabilité d'un calcul 3D Euler-Euler, instationnaire polydispersé sur une installation froide du type laboratoire montre d'une part la meilleure description de l'écoulement par un calcul bidispersé par rapport au calcul monodispersé, d'autre part les limites de la modélisation utilisée. L'introduction du modèle d'interaction par collisions entre différentes classes des particules permet la circulation des particules de diamètre plus important et un meilleur accord avec les mesures. Une base de données expérimentales est obtenue sur une boucle semi industrielle froide afin de valider la ségrégation des solides dans le foyer. La pression axiale, les flux massiques locaux pour les directions radiales et la diagonale, la distribution en taille des particules sont comparées aux simulations monodispersées et polydispersées.
Author: Thibaud Van Den Moortel Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 251
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CE TRAVAIL PORTE SUR L'ANALYSE EXPERIMENTALE DU COMPORTEMENT DE LA PHASE SOLIDE DANS UN PILOTE FROID D'UN LIT FLUIDISE CIRCULANT PAR TOMOGRAPHIE LASER ET VELOCIMETRIE GRANULOMETRIE LASER DOPPLER. L'OBJECTIF PRINCIPAL EST L'ANALYSE DE L'EVOLUTION DES PARAMETRES DECRIVANT L'HYDRODYNAMIQUE DE LA PHASE SOLIDE A DIFFERENTES ECHELLES SPATIALES ET TEMPORELLES. DANS LA PREMIERE PARTIE DE CETTE ETUDE, UNE REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT GAZ-PARTICULES EST PRESENTEE, AXEE PRINCIPALEMENT SUR LES AMAS DE PARTICULES. DANS LA SECONDE PARTIE, LE DISPOSITIF EXPERIMENTAL AINSI QUE LES DIFFERENTES TECHNIQUES DE MESURES UTILISEES SONT PRESENTES EN DETAIL. LA TROISIEME PARTIE CONCERNE L'ANALYSE DU MOUVEMENT MOYEN ET FLUCTUANT DE LA PHASE SOLIDE DANS LA ZONE DILUEE DU REACTEUR. DES MODIFICATIONS SENSIBLES DE LA FORME DES PROFILS DE VITESSES AXIALES SONT OBSERVES POUR UNE CERTAINE GAMME DE VITESSES DU GAZ. DES EVOLUTIONS PROGRESSIVES DE LA FORME DE CES PROFILS (CONCAVE VERS PARABOLIQUE) SONT OBTENUS TRADUISANT UNE MODIFICATION DE LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT A LA TRANSITION VERS LE REGIME TURBULENT. DANS UNE DERNIERE PARTIE, L'ANALYSE DES STRUCTURES D'ECOULEMENT GAZ-PARTICULES EST EFFECTUEE. DES AMAS DE PARTICULES ET DES POCHES DE GAZ DE DIMENSIONS FINIES ET DE FORMES OVOIDALES SONT VISUALISEES. LA PROPAGATION DES POCHES DE GAZ DANS LE REACTEUR EST FORTEMENT CORRELEE AUX MECANISMES DE FORMATION D'AMAS. D'IMPORTANTES MODIFICATIONS DE LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT AVEC LA TAILLE DES PARTICULES EN PRESENCE SONT OBSERVEES ET QUANTIFIEES. LES LONGUEURS MOYENNES AXIALES DES AMAS SONT ESTIMEES DANS TOUTE LA ZONE DILUEE, POUR DIFFERENTS REGIMES D'ECOULEMENT ET DIFFERENTES DISTRIBUTIONS GRANULOMETRIQUES, METTANT EN EVIDENCE LA DEPENDANCE DE LA TAILLE DE CES STRUCTURES AVEC LES CARACTERISTIQUES LOCALES DU CHAMP DE VITESSE. LA MODIFICATION DE LA STRUCTURE DE L'ECOULEMENT AVEC LA TAILLE DES SOLIDES SEMBLE ETRE DUE AUX INTENSITES DE FLUCTUATION DE VITESSES QUI SONT ELLES MEMES FORTEMENT CORRELEES A LA PROPAGATION DE POCHES DE GAZ DANS LE REACTEUR. POUR UN REGIME D'ECOULEMENT DONNE, LA TAILLE ET LA VITESSE DE PROPAGATION DES POCHES DE GAZ AUGMENTENT AVEC LA TAILLE DES SOLIDES CONSTITUANT LE LIT. AINSI, LES FLUCTUATIONS LOCALES DE VITESSES AUGMENTENT, ENTRAINANT LA FORMATION D'AMAS DE TAILLES PLUS ELEVEES.
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Ce travail a été consacre au développement d'un modèle théorique dans le but de décrire le comportement des écoulements gaz-solide concentres dans les lits fluidises circulants (lfc), en mettant l'accent sur le comportement des clusters ou des ensembles de particules. Cette modélisation a été effectuée en utilisant l'approche eulérienne pour les deux phases gazeuse et solide. Un modèle de fermeture pour la phase solide a été propose en définissant une énergie cinétique liée aux fluctuations macroscopiques. L'équation de transport de cette énergie, comprend une viscosité apparente pour la phase solide, différente de la viscosite produite due aux collisions. En vue de déterminer cette viscosite, un modèle empirique, base sur le concept de longueur de mélange de la phase solide a été utilisée. La longueur de mélange a été estimée par la mesure des cofluctuations de vitesses axiales et des profils de vitesses moyennes axiales dans la zone établie d'une maquette lfc. Le modèle a été évalue en effectuant quelques exemples d'applications numériques sur des géométries bidimensionnelles, correspondants à différentes zones et échelles d'écoulement dans les systèmes lfc. Il a permis de décrire quelques aspects caractéristiques du comportement de la phase solide. Un degré significatif de ségrégation entre les phases a été observe, avec des concentrations plus importantes au niveau des parois. Le modèle doit être complété par des fermetures pour les corrélations entre les vitesses de gaz et de solide, l'anisotropie des fluctuations de vitesse, et les variations de la longueur de mélange de la phase solide.
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CE TRAVAIL EST UNE CONTRIBUTION A L'ETUDE DES LITS FLUIDISES GAZ/LIQUIDE/SOLIDE INVERSES, FONCTIONNANT A CONTRE-COURANT DE GAZ ET DE LIQUIDE. CETTE TECHNIQUE CONCERNE LA MISE EN SUSPENSION DE PARTICULES DONT LA MASSE VOLUMIQUE EST INFERIEURE A CELLE DU LIQUIDE, CELUI-CI CONSTITUANT LA PHASE CONTINUE DESCENDANTE. LA PREMIERE PARTIE EST CONSACREE A L'HYDRODYNAMIQUE A TRAVERS LES LIMITES DU PROCEDE, LE COMPORTEMENT DU LIT, LES DIFFERENTES RETENTIONS DE PHASES AINSI QUE LES VITESSES MINIMALES DE FLUIDISATION. NOS ESSAIS, AINSI QUE CEUX PRECEDEMMENT ACQUIS AU LABORATOIRE, ONT ETE REALISES AVEC LE SYSTEME AIR/EAU, AVEC OU SANS INHIBITEUR DE COALESCENCE, POUR QUATRE TYPES DE PARTICULES, DE MASSE VOLUMIQUE, VARIANT ENTRE 30 ET 880 KG.M#-#3 ET DE DIMENSIONS VOISINES. DANS LA DEUXIEME PARTIE, NOUS NOUS INTERESSONS AU COEFFICIENT VOLUMETRIQUE DE TRANSFERT DE MATIERE K#L.A ENTRE LES PHASES LIQUIDE ET GAZEUSE. DANS LA LITTERATURE, NOMBREUSES SONT LES METHODES CONCERNANT LA MESURE DE CE PARAMETRE, MAIS ELLES SONT SOUVENT SPECIFIQUES A UN SEUL TYPE DE CONTACTEUR, VOIRE DE CONDITIONS OPERATOIRES. APRES EN AVOIR TESTE QUELQUES-UNES SANS SUCCES, NOUS AVONS CHOISI DE METTRE AU POINT UNE METHODE SPECIFIQUE QUI REPONDE A NOS CONTRAINTES TECHNIQUES. DES ESSAIS ONT D'ABORD ETE REALISES EN COLONNE A BULLES AFIN DE VALIDER LA METHODE. ILS SE SONT POURSUIVIS EN PRESENCE DE PARTICULES DE LIEGE, DE MOUSSE SYNTACTIQUE, ET DE POLYETHYLENE. LES RESULTATS PRESENTENT L'EVOLUTION DU K#L.A EN FONCTION DES VITESSES DU GAZ ET DU LIQUIDE. NOUS LES AVONS ENSUITE RASSEMBLES SOUS LA FORME DE CORRELATIONS ADIMENSIONNELLES
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Le manuscrit comporte deux parties : la première partie est une étude expérimentale de l'écoulement diphasique particules solides-air dans deux boucles de transport pneumatique de conceptions et de caractéristiques différentes. Des mesures de pressions et de débits massiques permettent d'établir les diagrammes caractéristiques (diagrammes d'état de type Zenz) et d'en déduire la vitesse minimale de transport (vitesse de saltation). Les résultats de cette étude apportent des données intéressantes sur les différents matériaux solides transportés. De nouvelles lois de corrélation entre le nombre de Froude à la saltation et le taux de charge sont proposées. La seconde partie est une contribution à la simulation numérique des écoulements gaz-solide. L'écoulement de la phase dispersée est modélisé par une approche lagrangienne (méthode des éléments discrets) prenant en compte les interactions particules-particules et particules-paroi. Le couplage avec les équations de la phase continue est assuré par l'introduction, dans les équations de Navier-Stokes, d'une variable taux de vide et par l'ajout d'une force volumique extérieure caractérisant l'influence en retour de la phase dispersée sur l'écoulement du fluide porteur. L'exemple choisi pour la validation du code est un écoulement de type lit fluidisé comportant 50000 particules. On s'intéresse en particulier, au suivi de l'évolution (naissance, croissance, sortie) d'une bulle de gaz au travers du lit.
Author: Philippe Cattieuw Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 294
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LE TRAVAIL PRESENTE PORTE SUR LA CARACTERISATION PONCTUELLE D'UN ECOULEMENT GAZ-PARTICULES DANS UN LIT FLUIDISE CIRCULANT PAR VELOCIMETRIE-GRANULOMETRIE LASER-DOPPLER. POUR CELA NOUS AVONS CONCU ET REALISE UN PILOTE DE LABORATOIRE FROID DANS LEQUEL LES CONDITIONS D'ECOULEMENT EN ENTREE SONT PARFAITEMENT MAITRISEES. LE FLUIDE PORTEUR EST DE L'AIR A TEMPERATURE AMBIANTE. LES PARTICULES FLUIDISEES SONT DES BILLES DE VERRE. NOUS AVONS DETERMINE EN DIFFERENTS POINTS LA VITESSE DE CHAQUE PHASE AINSI QUE LA DISTRIBUTION EN TAILLE DE LA PHASE SOLIDE, CELA DANS LES ZONES D'ENTRAINEMENT ET DE DESENGAGEMENT. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE DES STRATIFICATIONS SPATIALES DES PARTICULES EN TAILLE ET VITESSE POUR DIFFERENTES VITESSES SUPERFICIELLES
Author: Ali M'Chirgui Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 356
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LES TRAVAUX PRESENTES DANS CE MANUSCRIT CONCERNENT LA CARACTERISATION DES INSTABILITES HYDRODYNAMIQUES DANS UN LIT FLUIDISE GAZ-PARTICULES. IL S'AGIT D'UNE INVESTIGATION EXPERIMENTALE DE L'ECOULEMENT A L'AIDE DE MESURES DE FLUCTUATIONS DE PRESSION ET DE VISUALISATION DU MELANGE GAZ-PARTICULES. CETTE ETUDE A PERMIT DE CARACTERISER L'ORIGINE ET LE COMPORTEMENT DES ONDES DE PRESSION AU SEIN DU LIT. LE MOUVEMENT FLUCTUANT DU LIT JOUE UN ROLE IMPORTANT DANS LES TRANSFERTS DE MASSE ET DE CHALEUR ET DANS LES PROCESSUS D'EROSION AU SEIN DES REACTEURS A LIT FLUIDISE. DANS LE REGIME ANNULAIRE, NOUS AVONS MONTRE L'EXISTENCE D'UN ETAT D'ECOULEMENT MACROSCOPIQUE STABLE ET REGULIER ATTEINT A UN DEBIT D'AIR CRITIQUE. CET ETAT SE CARACTERISE PAR DES FLUCTUATIONS DE PRESSION PERIODIQUES ET DES OSCILLATIONS DE HAUTEUR DE LIT REGULIERES. EN PARTICULIER, NOUS AVONS IDENTIFIE LA CORRELATION QUI EXISTE ENTRE CES DEUX PARAMETRES. LA TRANSITION DU REGIME ANNULAIRE AU REGIME TURBULENT SE TRADUIT PAR DES IRREGULARITES AU SEIN DU SIGNAL DE FLUCTUATIONS DE PRESSION. NOUS AVONS IDENTIFIE EXPERIMENTALEMENT L'ORIGINE DE CES INSTABILITES (RUPTURE DU CYCLE ANNULAIRE) ET NOUS AVONS CARACTERISE LA FREQUENCE D'APPARITION DE CES RUPTURES (INTERMITTENCE DE TYPE III). UNE APPROCHE THEORIQUE DE CES PHENOMENES POUR PREDIRE LES CARACTERISTIQUES DES FLUCTUATIONS DE PRESSION A ETE MISE EN PLACE. LE SECOND VOLET DE CES TRAVAUX TRAITE DE L'INFLUENCE DES FONCTIONS DE DISTRIBUTION EN TAILLE (FDT) DES POUDRES SUR L'HYDRODYNAMIQUE DE L'ECOULEMENT DANS UN LIT FLUIDISE ET PLUS PARTICULIEREMENT SUR L'ENTRAINEMENT DES SOLIDES. UNE ANALYSE EXPERIMENTALE (MESURES DE DEBITS DE SOLIDES ET ANALYSES GRANULOMETRIQUES) ET NUMERIQUE A ETE ELABOREE. EN PARTICULIER UN MODELE THEORIQUE POUR LA PREDICTION DES FDT DES SOLIDES ENTRAINES A ETE DEVELOPPE ET VALIDE PAR NOS EXPERIMENTATIONS.
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ETUDE LOCALE DU MOUVEMENT DES PARTICULES AU MOYEN D'UN CAPTEUR PIEZOELECTRIQUE. MISE EN EVIDENCE DE L'EXISTENCE A LA SURFACE DU CAPTEUR D'UNE "COUCHE LIMITE" DE GRAINS PRATIQUEMENT IMMOBILES QUI N'EST MISE EN MOUVEMENT QUE LORSQU'UNE BULLE PASSE A UNE DISTANCE ASSEZ FAIBLE. ETUDE EN REGIME STATIONNAIRE DE LA DISPERSION DE TRACEURS GAZEUX DIFFEREMMENT ADSORBABLES, AFIN D'ETUDIER LE MELANGE MACROSCOPIQUE DES PARTICULES. INTERPRETATION DES RESULTATS PAR UN MODELE DIFFUSIONNEL
Author: Javier Aguillon Martinez Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 230
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L'hydrodynamique du procédé de combustion de charbon dans un lit fluidisé circulant est étudiée. Cette étude vise, en particulier, l'effet de l'injection d'air secondaire sur le comportement de la suspension. Nous avons utilisé une installation pilote en similitude avec la centrale thermique de Carling (Lorraine, France). L'étude a mis en évidence l'existence de deux régimes hydrodynamiques séparés par une concentration critique de solide. La comparaison des diagrammes de régime, avec et sans air secondaire, a montré que cette concentration est unique dans les deux cas. La structure de l'écoulement diphasique a été étudiée au moyen d'une sonde de prélèvement non-isocinétique et d'une sonde à fibres optiques placées à trois niveaux de la colonne. La combinaison des techniques de prélèvement de solide et de mesure des vitesses de particules a permis de développer une méthode pour estimer la concentration locale de solide. L'étude des profils de flux massiques de solide a montré que la distribution des iso-flux dépend sensiblement de la vitesse superficielle du gaz. De plus, nous avons constaté que ces iso-flux sont indépendants de l'injection d'air secondaire. Par ailleurs, nous avons constaté que la configuration d'arrivée d'air secondaire dans la colonne, est très importante. Pour réduire l'influence de cette injection sur la structure de l'écoulement, il faut éviter la formation de jets au niveau de l'injection d'air secondaire. L'ensemble des informations obtenues dans cette étude, nous a permis de proposer des modèles de profils de flux massique et de concentration de solide sous forme de corrélations adaptées à une extrapolation industrielle.
Author: Abdelghafour Zaabout
Author: Abdelghafour Zaabout
Author: Olga Batrak
Author: Thibaud Van Den Moortel
Author: Shadi Saberi Jafarabadiashtiani
Author: JEAN-YVES.. HIHN
Author: Cédric Herbreteau
Author: Philippe Cattieuw
Author: Ali M'Chirgui
Author: Thierry Patureaux
Author: Javier Aguillon Martinez