Étude expérimentale de l'écoulement d'un fluide visco-élastique autour d'un agitateur bipale en cuve agitée PDF Download
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L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST L'ETUDE DE L'AGITATION MECANIQUE D'UN FLUIDE VISCOELASTIQUE EN CUVE CYLINDRIQUE A FOND PLAT. L'AGITATION EST ASSUREE PAR UN MOBILE TYPE BIPALE DE GRAND DIAMETRE. L'ETUDE DE L'AGITATION DE FLUIDES VISQUEUX NEWTONIENS ET NON NEWTONIENS EST ABORDEE PAR VOIE EXPERIMENTALE. LES PROPRIETES VISCOELASTIQUES DES SOLUTIONS DE POLYACRYLAMIDE ONT ETE DETERMINEES EN EMPLOYANT LES TECHNIQUES DE FLUAGE ET D'OSCILLATION A L'AIDE D'UN RHEOMETRE CONE-PLAN PILOTE EN CONTRAINTE. L'ETUDE RHEOLOGIQUE EFFECTUEE SUR LES SOLUTIONS DE POLYACRYLAMIDE A MONTRE UN CARACTERE VISCOELASTIQUE SUIVANT LE MODELE DE KELVIN-VOIGT GENERALISE A DEUX ELEMENTS. LA PUISSANCE GLOBALE EST MESUREE A L'AIDE D'UN COUPLEMETRE, LE PRODUIT DU NOMBRE DE REYNOLDS PAR LE NOMBRE DE PUISSANCE ET LA CONSTANTE DE METZNER ET OTTO PROPRES A CET APPAREIL ETANT CALCULES. LE TEMPS DE MELANGE EST DETERMINE GLOBALEMENT PAR LA METHODE DE COLORATION-DECOLORATION. ENFIN, L'ANEMOMETRIE A FILM CHAUD EST UTILISEE POUR LA PREMIERE FOIS DANS CE TYPE DE FLUIDE A L'AIDE D'UN ETALONNAGE SPECIFIQUE. ELLE PERMET L'OBTENTION DES VITESSES D'ECOULEMENT DANS LES PLANS DE LA PALE ET DANS LE PLAN MEDIAN. LES PROFILS DE VITESSE CORRESPONDANTS SONT ANALYSES AFIN DE DETERMINER, A TRAVERS CES ELEMENTS CINEMATIQUES, L'IMPACT DU CHAMP LOCAL SUR LA PUISSANCE GLOBALE ET SUR LE MELANGE
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L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST L'ETUDE DE L'AGITATION MECANIQUE D'UN FLUIDE VISCOELASTIQUE EN CUVE CYLINDRIQUE A FOND PLAT. L'AGITATION EST ASSUREE PAR UN MOBILE TYPE BIPALE DE GRAND DIAMETRE. L'ETUDE DE L'AGITATION DE FLUIDES VISQUEUX NEWTONIENS ET NON NEWTONIENS EST ABORDEE PAR VOIE EXPERIMENTALE. LES PROPRIETES VISCOELASTIQUES DES SOLUTIONS DE POLYACRYLAMIDE ONT ETE DETERMINEES EN EMPLOYANT LES TECHNIQUES DE FLUAGE ET D'OSCILLATION A L'AIDE D'UN RHEOMETRE CONE-PLAN PILOTE EN CONTRAINTE. L'ETUDE RHEOLOGIQUE EFFECTUEE SUR LES SOLUTIONS DE POLYACRYLAMIDE A MONTRE UN CARACTERE VISCOELASTIQUE SUIVANT LE MODELE DE KELVIN-VOIGT GENERALISE A DEUX ELEMENTS. LA PUISSANCE GLOBALE EST MESUREE A L'AIDE D'UN COUPLEMETRE, LE PRODUIT DU NOMBRE DE REYNOLDS PAR LE NOMBRE DE PUISSANCE ET LA CONSTANTE DE METZNER ET OTTO PROPRES A CET APPAREIL ETANT CALCULES. LE TEMPS DE MELANGE EST DETERMINE GLOBALEMENT PAR LA METHODE DE COLORATION-DECOLORATION. ENFIN, L'ANEMOMETRIE A FILM CHAUD EST UTILISEE POUR LA PREMIERE FOIS DANS CE TYPE DE FLUIDE A L'AIDE D'UN ETALONNAGE SPECIFIQUE. ELLE PERMET L'OBTENTION DES VITESSES D'ECOULEMENT DANS LES PLANS DE LA PALE ET DANS LE PLAN MEDIAN. LES PROFILS DE VITESSE CORRESPONDANTS SONT ANALYSES AFIN DE DETERMINER, A TRAVERS CES ELEMENTS CINEMATIQUES, L'IMPACT DU CHAMP LOCAL SUR LA PUISSANCE GLOBALE ET SUR LE MELANGE
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DANS CETTE ETUDE, LES FLUIDES VISCOPLASTIQUES SONT AGITES MECANIQUEMENT DANS UNE CUVE CYLINDRIQUE MUNIE D'UNE PALE DE TYPE ANCRE. LA CONCEPTION ET LE CHOIX D'UN SYSTEME D'AGITATION SONT SOUVENT EMPIRIQUES OU BASES SUR LE SAVOIR-FAIRE. LES TRAVAUX NUMERIQUES PRESENTES ICI APPORTENT DES RESULTATS NOVATEURS, DES CONNAISSANCES SUR DES PROBLEMES DE BASE DE LA MECANIQUE DES FLUIDES ET UNE DEMARCHE ORIGINALE POUR L'AMELIORATION D'UN SYSTEME D'AGITATION DANS LE CAS DES FLUIDES VISCOPLASTIQUES. POUR TOUS LES CAS CONSIDERES, LES EFFETS DE LA PLASTICITE AVEC UNE INERTIE NEGLIGEABLE SONT TOUT D'ABORD EXAMINES DE MANIERE SYSTEMATIQUE. L'EFFET DE L'INERTIE EST ENSUITE DETERMINE.DANS UN PREMIER TEMPS, LES CHAMPS CINEMATIQUES ET LES CONTRAINTES ASSOCIEES CONCERNANT L'ECOULEMENT A POINT D'ARRET AUTOUR D'UNE PLAQUE PLANE ONT ETE CARACTERISES DE MANIERE LOCALE ET PRECISE. AINSI, LES ZONES D'INFLUENCE DE LA PLAQUE AINSI QUE LA FORCE DE TRAINEE ONT ETE DETERMINEES EN FONCTION DE L'INERTIE ET DE LA PLASTICITE. DANS UN SECOND TEMPS, UNE ETUDE BIDIMENSIONNELLE SUR UNE SITUATION DE REFERENCE A MIS EN EVIDENCE LES PHENOMENES LES PLUS CARACTERISTIQUES CONCERNANT L'HYDRODYNAMIQUE FINE A L'INTERIEUR DU RESERVOIR ET AUTOUR DES PALES. ENSUITE, PLUSIEURS NOUVELLES CONFIGURATIONS PERTINENTES DE SYSTEME D'AGITATION, DEDUITES DES RESULTATS PRECEDENTS, ONT ETE ANALYSEES. UN SUIVI DE PARTICULES A L'INTERIEUR DU RESERVOIR, MENE DE FAÇON NUMERIQUE, A PERMIS D'EVALUER QUALITATIVEMENT ET QUANTITATIVEMENT LA QUALITE DE L'AGITATION. ENFIN, GRACE A UNE ETUDE TRIDIMENSIONNELLE, NOUS AVONS PROPOSE UNE GEOMETRIE OPTIMISANT LA TAILLE DES ZONES RIGIDES ET LA CONSOMMATION DE PUISSANCE.
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ETUDE DE L'AGITATION D'UN FLUIDE NON NEWTONIEN. ETUDE EXPERIMENTALE DES PHENOMENES QUI SE PRODUISENT DANS LES DIVERSES PARTIES DE LA CUVE AGITEE. ETAT HYDRODYNAMIQUE DU FLUIDE. INFLUENCE DES PROPRIETES DU FLUIDE ET DE LA VITESSE DE ROTATION DE L'AGITATEUR. DETERMINATION DE LA PUISSANCE CONSOMMEE PAR L'AGITATEUR ET DU TEMPS DE MELANGE
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L'hydrodynamique d'un système d'agitation est très dépendante, quantitativement et qualitativement, de la nature rhéologique des fluides impliqués dans le procédé. Dans ce travail, on étudie le cas de fluides viscoplastiques très visqueux dans un système d'agitation classique: une cuve cylindrique et un agitateur ancre. Le cas du ruban hélicoïdal est également abordé. On s'intéresse aux écoulements laminaires, incompressibles et isothermes. La première partie de ce travail est consacrée à une approche numérique effectuée à l'aide d'un code industriel ('Fluent'). Le seuil d'écoulement lié au comportement viscoplastique est modélisé par une loi théorique de Bingham. Dans un premier temps, une étude sur l'écoulement de Couette entre cylindres coaxiaux permet de tester la validité et les limites des modèles adoptés pour approcher cette loi. On développe également une étude analytique de la puissance consommée et de la validité d'une extension de la loi de Metzner et Otto. Les résultats obtenus sont ensuite utilisés pour réaliser l'étude du système d'agitation en géométrie bi- puis tri-dimensionnelle. Les champs de vitesse sont analysés. On montre que l'existence d'un seuil, caractérisé par le nombre de Hedström, peut conduire à une quasi-immobilisation de larges zones à l'intérieur du système d'agitation. Les effets croisés de l'inertie et de la viscoplasticité sont étudiés. Une application au mélange est proposée. La deuxième partie de ce travail est consacrée à une approche expérimentale. Des mesures du champ de vitesse dans une section horizontale de la cuve ont été réalisées par vélocimétrie par images de particules (PIV). L'étude a été faite en fluide newtonien (solutions de glucose) et en fluide viscoplastique (solutions de Carbopol). Des glissements à la paroi ont été observés et annulés par l'adjonction de rugosités sur la cuve. Une comparaison avec les résultats numériques est ensuite effectuée et analysée.
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CETTE ETUDE A POUR OBJET L'AGITATION PAR DES MOBILES INDUSTRIELS DE FLUIDES VISQUEUX NEWTONIENS ET PSEUDOPLASTIQUES. LE REGIME D'ECOULEMENT EST LAMINAIRE. LES MOBILES INDUSTRIELS SONT DE DEUX TYPES: UN AGITATEUR A ANCRE ET UNE VIS HELICOIDALE AVEC TUBE DE GUIDAGE. L'AGITATEUR A ANCRE EST ETUDIE DANS UNE CUVE A FOND CONIQUE. LA VIS HELICOIDALE AVEC TUBE DE GUIDAGE EST ETUDIEE DANS UNE CUVE A FOND PLAT OU CONIQUE. L'ETUDE DE L'AGITATEUR A ANCRE EST ABORDEE EXPERIMENTALEMENT ET NUMERIQUEMENT. UNE ETUDE GLOBALE DE L'AGITATEUR EST REALISEE EN UTILISANT DES MESURES DE COUPLE POUR LA DETERMINATION DES CARACTERISTIQUES DE PUISSANCE EN MILIEU PSEUDO-PLASTIQUE ET NEWTONIEN ET UNE METHODE DE COLORATION-DECOLORATION POUR LA DETERMINATION DU TEMPS DE MELANGE. LES VITESSES LOCALES SONT OBTENUES PAR ANEMOMETRIE A FILM CHAUD. LES ECOULEMENTS TANGENTIEL-RADIAL ET AXIAL-RADIAL SONT ETABLIS POUR UN REGIME D'ECOULEMENT. L'ETUDE MONTRE QU'UNE VARIATION DU NOMBRE DE REYNOLDS INFLUE PEU SUR CES DEUX ECOULEMENTS. UN CODE DE CALCUL BASE SUR UNE METHODE D'ELEMENTS. FINIS EST DEVELOPPE POUR RESOUDRE LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES EN REGIME LAMINAIRE SUR LE DOMAINE BIDIMENSIONNEL QUE REPRESENTE LA SECTION TRANSVERSALE D'UNE CUVE AGITEE PAR UNE ANCRE. CE MODE DE CALCUL EST APPLIQUE A LA SIMULATION DE L'ECOULEMENT TANGENTIEL-RADIAL GENERE PAR L'AGITATEUR DE DIMENSIONS INDUSTRIELLES. LA COMPARAISON AVEC LES RESULTATS EXPERIMENTAUX EST SATISFAISANTE. L'AGITATEUR A VIS HELICOIDALE AVEC TUBE DE GUIDAGE EST D'ABORD ETUDIE DANS UNE CUVE A FOND PLAT. L'ETUDE GLOBALE EXPERIMENTALE DE CE DISPOSITIF EST FAITE SUIVANT LE PROTOCOLE ADOPTE POUR L'AGITATEUR A ANCRE. LES ECOULEMENTS EXTERNE AU TUBE DE GUIDAGE ET DE RETOUR DANS LE TUBE DE GUIDAGE SONT DONNES. LES INFLUENCES DE LA RHEOLOGIE ET DU NOMBRE DE REYNOLDS SONT ETUDIEES. LES EFFETS DU TUBE DE GUIDAGE ET DE LA FORME DU FOND DE LA CUVE SONT MIS EN EVIDENCE. UNE COMPARAISON DES DIFFERENTS TYPES D'AGITATEURS ETUDIES EST PROPOSEE
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Dans ce travail on étudié le cas de fluides viscoplastiques très visqueux dans un système d'agitation classique: une cuve cylindrique à fond plat et non chicanées munie par des agitateurs: ancre, barrière, et bipale respectivement. On s'intéresse aux écoulements laminaires, incompressibles et isothermes. On consacre à une approche numérique effectuée à l'aide d'un code CFD Fluent 6.2.13 basé sur la méthode de discrétisation aux volumes finis des équations de Navier-Stokes formulées en variables (U.V.P). Le seuil d'écoulement lié au comportement viscoplastique est modélisé par une loi théorique de Bingham. Les résultats obtenus sont utilisés pour faire une synthèse sur les trois systèmes simulés de point de vue puissance consommée. En étudié l'influence de l'inertie par la variation du nombre de Reynolds et Reynolds généralisé et l'influence de la plasticité par la variation du nombre de Bingham sur l'écoulement de fluide et on montre que l'existence d'un seuil d'écoulement caractérisé par le nombre de Hedstrom peut conduire à une quasi-immobilisation de zones à l'intérieur du système d'agitation pour les trois géométries proposées.
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MISE AU POINT D'UNE TECHNIQUE DE MESURE DE CERTAINES CARACTERISTIQUES D'UN FLUIDE VISCOELASTIQUE. APPLICATION A L'ETUDE D'UN ECOULEMENT NON TRIVIAL. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE, ETUDES THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DE L'ECOULEMENT AUTOUR D'UNE SPHERE.
Author: Abdelkader Youcefi
Author: Abdelkader Youcefi
Author: Frédéric Savreux
Author: Chairit Satayaprasert
Author: Jean Paul Bonnet (mécanicien)
Author: Mohamed Marouche
Author: Odile Caussanel-Laurent
Author: Jean-Pierre Barthole (auteur d'une thèse de sciences.)
Author: Jean-François Brodberger (auteur d'une thèse de sciences.)
Author: COLLECTIF.
Author: D.. SIGLI