Etude des écoulements fluide-solide dans les lits fluidisés : simulation numérique et analyse des hétérogénéités PDF Download
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L'objectif de cette thèse est de contribuer à une meilleure compréhension des écoulements fluide-particules dans un réacteur à lit fluidisé. Pour cela, nous avons choisi de développer un code de calcul basé sur l'approche Eulérienne-Lagrangienne dans une configuration bidimensionnelle. Cette méthodologie simplifiée permet d'accéder aux grandeurs dynamiques des phases et suivre les trajectoires de chaque particule. Nous avons étudié deux cas distincts. Un premier, relatif à un écoulement diphasique fluide-solide pour une concentration de solide faible (
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L'objectif de cette thèse est de contribuer à une meilleure compréhension des écoulements fluide-particules dans un réacteur à lit fluidisé. Pour cela, nous avons choisi de développer un code de calcul basé sur l'approche Eulérienne-Lagrangienne dans une configuration bidimensionnelle. Cette méthodologie simplifiée permet d'accéder aux grandeurs dynamiques des phases et suivre les trajectoires de chaque particule. Nous avons étudié deux cas distincts. Un premier, relatif à un écoulement diphasique fluide-solide pour une concentration de solide faible (
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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: Ana Lùcia da Mata Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 408
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LES CARACTERISTIQUES D'EXPANSION D'UN LIT FLUIDISE EN PRESENCE DE MELANGEURS STATIQUES SONT ETUDIEES. EN PREMIER LIEU, CETTE ETUDE EXAMINE LES CARACTERISTIQUES HYDRODYNAMIQUES GLOBALES ET LES CARACTERISTIQUES DETAILLEES DE L'ECOULEMENT DU LIQUIDE EN MESURANT LE CHAMP DE VITESSE AU-DESSUS DU LIT FLUIDISE. LES ESSAIS SONT REALISES SUR UNE COLONNE DE 0,15 M DE DIAMETRE ET LES MESURES DE VITESSE SONT EFFECTUEES PAR ANEMOMETRIE DOPPLER A LASER. L'UTILISATION DES MELANGEURS STATIQUES A MONTRE L'EFFET BENEFIQUE DE CES DISPOSITIFS SUR LA STABILITE HYDRODYNAMIQUE ET SUR L'AUGMENTATION DU DOMAINE DES VITESSES DU LIQUIDE UTILISABLE. DEUX CORRELATIONS, FONCTION DU DIAMETRE DES PARTICULES SOLIDES ET DU DIAMETRE HYDRAULIQUE DU MELANGEUR STATIQUE, SONT PROPOSEES POUR EVALUER LA POROSITE DU LIT FLUIDISE EN PRESENCE DE MELANGEURS STATIQUES ET LE FACTEUR DE FLUIDISATION F (RAPPORT ENTRE LES VITESSES SUPERFICIELLES DU FLUIDE AVEC ET SANS GARNISSAGE). LA CONTRACTION DU SOLIDE PROVOQUEE PAR LES MELANGEURS STATIQUES S'EXPLIQUE PAR UNE HETEROGENEITE DU LIT FLUIDISE AVEC L'EXISTENCE DE ZONES MORTES ET DE PASSAGES PREFERENTIELS. UNE ANALOGIE EST FAITE AVEC LES SYSTEMES FLUIDISES INCLINES ET UNE INTERPRETATION GLOBALE EST PROPOSEE EN CONSIDERANT QUE LE LIT FLUIDISE EST CONSTITUE DE PLUSIEURS ZONES ELEMENTAIRES, CHACUNE D'ELLES ETANT CARACTERISEE PAR UNE VITESSE DE LIQUIDE ET UNE POROSITE SPECIFIQUE. DANS UNE DEUXIEME PARTIE, UNE APPLICATION DES MELANGEURS STATIQUES EST REALISEE POUR LA RECUPERATION DES PROTEINES DU LACTOSERUM PAR CHROMATOGRAPHIE D'ECHANGE D'IONS EN MILIEU FLUIDISE. PLUSIEURS ESSAIS SONT EFFECTUES A DES CONDITIONS DE FLUIDISATION TRES DIFFERENTES. UNE COMPARAISON EST FAITE ENTRE LES PERFORMANCES EXPERIMENTALES ET LES RESULTATS ISSUS DES MODELES MATHEMATIQUES POUR EVALUER L'EFFICACITE DE MELANGE DE SOLIDE EN PRESENCE DE MELANGEURS STATIQUES
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L’objectif de cette th`ese est de pr ́esenter les conditions pour lesquelles un lit fluidis ́e peut interagir avec son syst`eme de ventilation et de caract ́eriser le changement de dynamique qui en d ́ecoule pour le lit. En effet dans le cas d’un lit avec un distributeur `a faible perte de charge, des ondes de pressions g ́en ́er ́ees par les mouvements du lit peuvent circuler jusque dans le pl ́enum et interagir avec celui-ci, conduisant `a une modification de la dynamique du lit. Cette probl ́ematique est abord ́ee suivant trois approches diff ́erentes mais compl ́ementaires : théorique, exp ́erimentale et num ́erique. L’approche th ́eorique pr ́esente une nouvelle gamme de param`etres de similitude associ ́ee `a cette dynamique d’interaction. Deux nouveaux param`etres sans dimension, l’un reli ́e `a l’influence du distributeur et l’autre `a l’influence du pl ́enum, permettent de mettre en ́evidence deux r ́egimes d’ ́ecoulement en fonction de l’existence ou de l’absence d’un couplage constructif entre la dynamique du lit et celle du syst`eme de ventilation. Une approche exp ́erimentale permet ensuite d’analyser cette dynamique de couplage pour diff ́erentes conditions op ́eratoires et de mesurer ́egalement l’efficacit ́e des nouveaux param`etres introduits. Cette ́etude s’appuie en particulier sur une m ́ethode de traitement du signal r ́ecente, la transform ́ee de Hilbert Huang, permettant de caract ́eriser le contenue fr ́equentiel des signaux de pression recueillis. Finalement, dans une derni`ere partie est abord ́ee plus pr ́ecis ́ement, `a partir d’une approche num ́erique, la modification de la dynamique diphasique, induite par le couplage acoustique entre le lit et le pl ́enum, compar ́ee `a la dynamique du lit seul. En prolongement `a ce travail sont pr ́esent ́es des premiers r ́esultats sur l’influence de la condition de compressibilit ́e de la phase fluide sur la dynamique du lit pour diff ́erentes conditions op ́eratoires. La compressibilit ́e semble jouer un rˆole important pour certaines configurations de lit qu’il reste `a d ́eterminer...
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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: Maxime Nicolas Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 193
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LA FLUIDISATION D'UN ENSEMBLE DE PARTICULES SOLIDES PAR UN ECOULEMENT DE FLUIDE CONTRAIRE A LA GRAVITE EST RAREMENT HOMOGENE. NOUS ETUDIONS ICI LE DEVELOPPEMENT ET L'EVOLUTION SPATIALE D'ONDES PLANES DE CONCENTRATION, QUI PEUVENT ETRE EXPLIQUEES PAR UN MECANISME D'INSTABILITE DU A L'INERTIE DES PARTICULES. APRES UNE ETUDE LINEAIRE SPATIALE SUR LA NATURE DE CETTE INSTABILITE, UNE ETUDE EXPERIMENTALE SUR UN LIT FLUIDISE LIQUIDE-SOLIDE MONTRE QUE L'INSTABILITE EST CONVECTIVE, C'EST-A-DIRE QUE LA SUSPENSION SE COMPORTE COMME UN AMPLIFICATEUR DE BRUIT. POUR ETABLIR CE RESULTAT, L'INJECTEUR DU LIT FLUIDISE A ETE MUNI D'UN MECANISME DE FORCAGE HARMONIQUE DE LA CONCENTRATION LOCALE. CE MECANISME DE FORCAGE A EGALEMENT PERMIS D'ETUDIER QUANTITATIVEMENT LE DEVELOPPEMENT SPATIAL NON LINEAIRE DE L'ONDE, QUI SATURE SOUS LA FORME D'UNE ONDE CNOIDALE. LA COMPARAISON DE CES RESULTATS AVEC UNE EQUATION D'ONDE SATUREE DERIVEE DU MODELE DIPHASIQUE DES LITS FLUIDISES PERMET DE DEDUIRE QUE LA PHASE SOLIDE NE PEUT ETRE DECRITE COMME UNE PHASE CONTINUE NEWTONIENNE, AVEC UNE VISCOSITE NE DEPENDANT QUE DE LA FRACTION VOLUMIQUE. D'AUTRE PART, LA FORME SYMETRIQUE DE L'ONDE SATUREE SUGGERE UN EQUILIBRE ENTRE LA PRESSION DE LA PHASE SOLIDE ET LES TERMES D'INERTIE RESPONSABLES DE L'INSTABILITE.
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NOUS AVONS UTILISE LA VELOCIMETRIE PAR IMAGE DE PARTICULES (PIV) POUR ETUDIER DES ECOULEMENTS DE FLUIDES DANS DES SITUATIONS COMPLEXES, SOIT PAR LEUR GEOMETRIE COMME LES MILIEUX POREUX, SOIT PAR LEUR MOUVEMENT COMME LES LITS FLUIDISES. EN EFFET CET OUTIL DE CHOIX PAR SON CARACTERE PLEIN CHAMP INSTANTANE PERMET DE TRAITER LE PROBLEME TRES IMPORTANT EN PRATIQUE DES ECOULEMENTS COMPLEXES ET INSTATIONNAIRES. LA PREMIERE PARTIE DE LA THESE DECRIT LA MISE AU POINT DE L'APPAREILLAGE ET L'ANALYSE DES DONNEES PAR TRAITEMENT D'IMAGE. DANS UNE SECONDE PARTIE, DES PARTICULES SOLIDES ENTRAINEES PAR UN LIQUIDE EN ECOULEMENT ONT ETE DEPOSEES DANS UN MILIEU ALEATOIRE CONSTITUE PAR UN LIT DE GRAINS DE PYREX ; L'INDICE DU LIQUIDE ETAIT AJUSTE A CELUI DU PYREX POUR PERMETTRE L'OBSERVATION ET LA MESURE. L'EVOLUTION TEMPORELLE DES DEPOTS A ETE ANALYSEE QUALITATIVEMENT ET QUANTITATIVEMENT. DES CALCULS NUMERIQUES ONT ETE EFFECTUES DANS DES CONDITIONS TRES PROCHES DES CONDITIONS REELLES PUISQUE LA STRUCTURE DES VIDES MESUREE A ETE UTILISEE ; LES RESULTATS SE COMPARENT BIEN AUX EXPERIENCES. ENFIN NOUS AVONS MESURE DES CHAMPS DE CONCENTRATION ET DE VITESSE DANS UN LIT FLUIDISE A L'ECHELLE DU LABORATOIRE. L'ANALYSE DES PROFILS LONGITUDINAUX DE CONCENTRATION A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE L'EXISTENCE D'UNE ZONE DE TRANSITION OU LA VARIATION DE LA CONCENTRATION EST RAPIDE ET DONT LA LONGUEUR DEPEND DE LA VITESSE DE L'AIR. LES MESURES DES VITESSES INSTANTANEES REVELENT UN ECOULEMENT TRES VARIABLE ET TOURBILLONNAIRE. LE PROFIL TRANSVERSAL DES VITESSES MOYENNES MET EN EVIDENCE L'EXISTENCE D'UNE COUCHE LIMITE PRES DE LA PAROI.
Author: Agnes Buka Publisher: World Scientific ISBN: 1848167997 Category : Science Languages : en Pages : 299
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The book intends to give a state-of-the-art overview of flexoelectricity, a linear physical coupling between mechanical (orientational) deformations and electric polarization, which is specific to systems with orientational order, such as liquid crystals. Chapters written by experts in the field shed light on theoretical as well as experimental aspects of research carried out since the discovery of flexoelectricity. Besides a common macroscopic (continuum) description the microscopic theory of flexoelectricity is also addressed. Electro-optic effects due to or modified by flexoelectricity as well as various (direct and indirect) measurement methods are discussed. Special emphasis is given to the role of flexoelectricity in pattern-forming instabilities. While the main focus of the book lies in flexoelectricity in nematic liquid crystals, peculiarities of other mesophases (bent-core systems, cholesterics, and smectics) are also reviewed. Flexoelectricity has relevance to biological (living) systems and can also offer possibilities for technical applications. The basics of these two interdisciplinary fields are also summarized.
Author: Jerome V. Moloney Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 9780387985817 Category : Business & Economics Languages : en Pages : 270
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Mathematical methods play a significant role in the rapidly growing field of nonlinear optical materials. This volume discusses a number of successful or promising contributions. The overall theme of this volume is twofold: (1) the challenges faced in computing and optimizing nonlinear optical material properties; and (2) the exploitation of these properties in important areas of application. These include the design of optical amplifiers and lasers, as well as novel optical switches. Research topics in this volume include how to exploit the magnetooptic effect, how to work with the nonlinear optical response of materials, how to predict laser-induced breakdown in efficient optical devices, and how to handle electron cloud distortion in femtosecond processes.
Author: Eivind Helland
Author: Eivind Helland
Author: Tseheno Nirina Randrianarivelo
Author: Ana Lùcia da Mata
Author: Florian Bonniol
Author: Christophe Gourdel
Author: Maxime Nicolas
Author: NADIA.. ALIOUCHOUCHE
Author: Agnes Buka
Author: Reginald Biddle
Author: Jerome V. Moloney