Étude numérique du transfert de matière à travers l'interface d'une goutte sphérique en mouvement PDF Download
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Author: Azeddine Rachih (docteur en dynamique des fluides).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
L'étude du transfert de matière entre deux phases immiscibles, l'une étant dispersée dans l'autre,constitue une étape clé dans le développement et l'optimisation des procédés d'extraction parsolvant. Le caractère multiphasique et multi-échelles de ces procédés rend souvent leur étude très complexe. Aussi, une description fine à l'échelle d'une goutte isolée est un préalable indispensable à la compréhension du comportement des procédés mettant en jeu des nuages ou des populations de gouttes (de formes et tailles variées). Ce travail est consacré particulièrement à l'étude par simulation numérique directe de l'hydrodynamique et du transfert de matière couplés à travers l'interface d'une goutte sphérique, placée dans une autre phase immiscible enécoulement uniforme. Les équations complètes de Navier-Stokes et de transport de la concentration du soluté sont pour cela résolues, en coordonnées curvilignes orthogonales, par une méthode de volumes finis. Une attention particulière est portée à l'implémentation des conditions à l'interface liquide-liquide afin de correctement représenter le couplage des phénomènes internes et externes à la goutte. On s'intéresse dans cette étude au transfert sans réaction chimique d'un soluté extractible, de la goutte vers la phase continue. Nous avons conduit une étude de sensibilité paramétrique couvrant une large gamme de conditions opératoires(rapport de densité, viscosité, et diffusivité, coefficient de partage de soluté) sur la variation du nombre de Sherwood. Les résultats montrent que la structure du champ de vitesse dépend fortement du nombre de Reynolds et du rapport de viscosité. L'évolution du nombre de Sherwood révèle en outre une forte influence du coefficient de partage et du rapport de diffusivité, tant sur son évolution temporelle que sur sa valeur asymptotique. L'ensemble des configurations étudiées a permis de relier le nombre Sherwood global aux valeurs représentatives des problèmes detransfert interne et externe. Les résultats numériques montrent que le comportement axisymétrique typique des configurations à Reynolds interne/externe modéré (Re
Author: Azeddine Rachih (docteur en dynamique des fluides).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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L'étude du transfert de matière entre deux phases immiscibles, l'une étant dispersée dans l'autre,constitue une étape clé dans le développement et l'optimisation des procédés d'extraction parsolvant. Le caractère multiphasique et multi-échelles de ces procédés rend souvent leur étude très complexe. Aussi, une description fine à l'échelle d'une goutte isolée est un préalable indispensable à la compréhension du comportement des procédés mettant en jeu des nuages ou des populations de gouttes (de formes et tailles variées). Ce travail est consacré particulièrement à l'étude par simulation numérique directe de l'hydrodynamique et du transfert de matière couplés à travers l'interface d'une goutte sphérique, placée dans une autre phase immiscible enécoulement uniforme. Les équations complètes de Navier-Stokes et de transport de la concentration du soluté sont pour cela résolues, en coordonnées curvilignes orthogonales, par une méthode de volumes finis. Une attention particulière est portée à l'implémentation des conditions à l'interface liquide-liquide afin de correctement représenter le couplage des phénomènes internes et externes à la goutte. On s'intéresse dans cette étude au transfert sans réaction chimique d'un soluté extractible, de la goutte vers la phase continue. Nous avons conduit une étude de sensibilité paramétrique couvrant une large gamme de conditions opératoires(rapport de densité, viscosité, et diffusivité, coefficient de partage de soluté) sur la variation du nombre de Sherwood. Les résultats montrent que la structure du champ de vitesse dépend fortement du nombre de Reynolds et du rapport de viscosité. L'évolution du nombre de Sherwood révèle en outre une forte influence du coefficient de partage et du rapport de diffusivité, tant sur son évolution temporelle que sur sa valeur asymptotique. L'ensemble des configurations étudiées a permis de relier le nombre Sherwood global aux valeurs représentatives des problèmes detransfert interne et externe. Les résultats numériques montrent que le comportement axisymétrique typique des configurations à Reynolds interne/externe modéré (Re
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LE TRAVAIL DE CETTE THESE S'INSCRIT DANS LE CADRE DE LA MODELISATION DE LA COALESCENCE ENTRE DEUX GOUTTES DANS UN FLUIDE ENVIRONNANT. L'INTERET DE CETTE ETUDE S'EST PORTE SUR LE DRAINAGE DU FILM MINCE SEPARANT LES DEUX GOUTTES. NOUS AVONS DEVELOPPE UN MODELE DE DRAINAGE QUI PERMET AUSSI DE DECRIRE LE REBOND D'UNE GOUTTE CONTRE UNE PAROI SOLIDE. LE TRAVAIL DE CE MEMOIRE COMPORTE TROIS PARTIES : - DANS LA PREMIERE PARTIE, LE DRAINAGE DU FILM ENTRE DEUX GOUTTES SANS TRANSFERT DE MASSE EST ETUDIE. DANS CE BUT, DES EXPERIENCES ONT ETE REALISEES AVEC DEUX GOUTTES PLACEES DANS DEUX TUBES CREUX ET IMMERGEES DANS UN AUTRE LIQUIDE. NOUS IMPOSONS UNE VITESSE RELATIVE D'APPROCHE DES DEUX GOUTTES CONSTANTES. A L'AIDE D'UNE METHODE INTERFEROMETRIQUE, L'EPAISSEUR RELATIVE DU FILM A ETE MESUREE EN FONCTION DE LA COORDONNEE RADIALE ET DU TEMPS. EN MODIFIANT LE PROTOCOLE OPERATOIRE, LES EPAISSEURS ABSOLUES ONT PU EGALEMENT ETRE DETERMINEES. CETTE PREMIERE ETUDE A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE L'IMMOBILITE DES INTERFACES FILM - GOUTTE LORSQUE LA COALESCENCE EST REALISEE SANS TRANSFERT DE MASSE. CETTE IMMOBILITE POURRAIT ETRE DUE A LA PRESENCE DE SURFACTANTS. - LA DEUXIEME PARTIE EST CONSACREE A L'ETUDE DU DRAINAGE DU FILM ENTRE DEUX GOUTTES EN PRESENCE DE TRANSFERT DE MASSE D'UN SOLUTE. CONTRAIREMENT AU CAS SANS SOLUTE, LES INTERFACES FILM - GOUTTE SONT MOBILES. UNE FAIBLE DIFFERENCE DE CONCENTRATION EN SOLUTE VA PROVOQUER DES GRADIENTS DE TENSION INTERFACIALE, QUI A LEUR TOUR VONT INDUIRE UN MOUVEMENT TANGENTIEL DE L'INTERFACE (EFFET MARANGONI). SELON LE SENS DU TRANSFERT DE MASSE, CES EFFETS PEUVENT ACCELERER OU RETARDER LE DRAINAGE DU FILM. - ENFIN, L'ETUDE DU REBOND D'UNE GOUTTE EN MOUVEMENT ASCENDANT CONTRE UNE PAROI SOLIDE HORIZONTALE EST ABORDEE. LES TRAJECTOIRES D'UNE GOUTTE IMPACTANT CONTRE UNE SURFACE PLANE DANS UN FLUIDE AU REPOS SONT SIMULEES ET COMPAREES AVEC SUCCES, A DES MESURES EXPERIMENTALES FOURNIES PAR LA LITTERATURE. L'ORIGINALITE DE CE MODELE REPOSE SUR L'INTRODUCTION, DANS L'EQUATION DE TRAJECTOIRE DE LA GOUTTE, DE LA FORCE PROVENANT DE LA PRESSION DANS LE FILM EXERCEE SUR LA GOUTTE DEFORMEE AU VOISINAGE DE LA PAROI.
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L'étude concerne le transfert de masse entre une goutte d'eau et un gaz toxique, dans une première étape, on traite l'yhdrodynamique et le transfert de masse instationnaire pour une goutte d'eau sphérique en mouvement (diamètre inférieur au milimètre). Des solutions numériques sont obtenues pour les équations aux dérivées partielles décrivant le champ de l'écoulement à l'intérieur et à l'extérieur de la goutte (équations de navier-stokes) et le transport de matière (équation de diffusion-convection). Dans une seconde étape, un modèle paramétré (modèle local) est proposé pour prévoir le transfert de masse dans le cas des gouttes de fort diamètre (diamètre supérieur à un millimètre). Les résultats fournis par ce modèle sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Ces outils sont particulièrement utiles dans la compréhension du phénomène de pluie acide mais aussi pour le dimensionnement des tours à pulvérisation-absorption mises en oeuvre dans la lutte contre la pollution atmosphérique
Author: Miriam Rocchi Tavares (auteure en mécanique).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Afin de modeliser le phenomene de levitation aerodynamique d'une goutte, un outil de calcul numerique a ete developpe permettant de determiner la deformation d'une masse fluide plongee dans un ecoulement de stokes. Cet outil utilise la technique des elements aux frontieres. Il est base sur une methode integrale et couvre plusieurs situations. En ce qui concerne la deformation d'une masse fluide en mouvement dans un milieu infini, les resultats mettent en evidence la competition entre les effets de tension superficielle et le frottement visqueux sur l'interface. L'etude d'une goutte se deplacant au voisinage d'une paroi plane impermeable a demontre l'aptitude de la methode utilisee a reproduire le mecanisme de drainage du film fluide, emprisonne entre la goutte et le plan. Enfin, dans le cas de la levitation aerodynamique d'une particule fluide, la formulation proposee a permis de calculer les formes d'equilibre de diverses gouttes d'eau sustentees sur un film d'air
Author: Michel Grimaldi Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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LA TENSION INTERFACIALE EST SOUVENT UTILISEE DANS DE NOMBREUX DOMAINES DE LA PHYSIQUE, CHIMIE OU BIOCHIMIE. ELLE CARACTERISE L'INTERFACE ENTRE DEUX ELEMENTS NON-MISCIBLES, LIQUIDES OU LIQUIDE ET GAZ. LA METHODE PRESENTEE PERMET DE DETERMINER CETTE GRANDEUR, EN UNE SEULE ANALYSE DE L'ENSEMBLE DES POINTS DU PROFIL DISCRETISE D'UNE GOUTTE PENDANTE. AU MOYEN D'UN SYSTEME DE TRAITEMENT D'IMAGES NUMERIQUES, IL EST ALORS POSSIBLE DE MESURER LA TENSION INTERFACIALE EN TEMPS REEL, ET DE FACON ENTIEREMENT AUTOMATIQUE. UN PROCEDE DE REGULATION DE LA TENSION INTERFACIALE PAR AUGMENTATION DU VOLUME DE LA GOUTTE EN COURS D'EXPERIENCE A AINSI PU ETRE MIS AU POINT, PERMETTANT DE QUANTIFIER IMMEDIATEMENT DES PHENOMENES D'ADSORPTION, OU DES REACTIONS CHIMIQUES OU ENZYMATIQUES
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Dans cette thèse, nous présentons le calcul de la forme d'équilibre de trois problèmes à frontière libre, dont deux portent sur le calcul de la forme d'une goutte. Le troisième concerne le calcul de la forme d'une masse liquide. Dans le premier chapitre, nous présentons une introduction générale de la mécanique analytique des milieux continus. Nous y développons le principe de Hamilton en s'appuyant sur des variations qui font intervenir un groupe de transformations à un paramètre permettant de traiter le cas des problèmes à frontière libre. Le deuxième chapitre est constitué de deux parties, la première traite de la forme et la stabilité d'une goutte d'un liquide, animée d'un mouvement de rotation autour d'un axe fixe et soumise à la tension superficielle, la gravitation n'étant pas prise en compte. La seconde partie traite du calcul de la forme d'une masse liquide soumise à sa propre gravitation, la tension superficielle est négligée. Dans le chapitre III, nous calculons la forme de l'interface d'une goutte de gaz ou de liquide immergée dans un fluide de vitesse uniforme en écoulement potentiel. Pour les trois cas, nous appliquons une méthode de perturbation de domaine, et nous utilisons des logiciels de calcul formel permettant de déterminer les coefficients des séries de fonctions associées aux grandeurs intervenant dans le problème. Ensuite, nous déterminons les singularités de la forme de la goutte en appliquant des procédés d'accélération de la convergence
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Transferts de matière et de chaleur simultanés entre un gaz et des gouttes en mouvement ont été étudié dans ce travail. Dans une première étape, nous avons étudié théoriquement et expérimentalement l’absorption et la désorption d’un gaz polluant (SO2) par des gouttes d’eau. Un modèle paramétré local est proposé pour prévoir les transferts de matière et de chaleur dans le cas des gouttes de fort diamètre (1-5 mm). Dans une seconde étape, nous avons traité l’évaporation d’une goutte de diamètre inférieur au millimètre en chute libre dans l’air. Un modèle prédictif basé sur des corrélations empiriques est proposé. Un montage expérimental est réalisé pour valider ce modèle. Les résultats fournis par ces modèles sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Dans la troisième étape nous avons étudié le transport de particules fluides en évaporation dans un local ventilé. Pour simuler les trajectoires des particules nous avons réalisé le couplage entre les phases continue et dispersée en posant l’hypothèse que la phase dispersée est assez diluée. Nous avons appliqué l’approche eulérienne-lagrangienne sans le couplage inverse c'est-à-dire le « one way coupling ». Nous avons utilisé le code du calcul de mécanique des fluides « Airpak » pour l’écoulement de la phase continue. Pour la phase dispersée nous avons résolu l’équation de la particule en tenant compte de l’évaporation des gouttes pendant leur déplacement.
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CETTE ETUDE CONCERNE L'ANALYSE DE L'INFLUENCE DES ECOULEMENTS DE CONVECTION NATURELLE THERMOSOLUTALE SUR LE CHANGEMENT DE PHASE LIQUIDE-SOLIDE D'UNE SOLUTION SALINE HYPOEUTECTIQUE. DES EXPERIENCES DE FUSION (FRONT PLAN) D'UNE PAROI VERTICALE DE GLACE DANS UN MELANGE NA 2CO 3-H 2O AU SEIN D'UNE CAVITE DIFFERENTIELLEMENT CHAUFFEE ONT MIS EN EVIDENCE, PAR DES MESURES LOCALES DE TEMPERATURE ET DE VITESSE DU FRONT, LE COUPLAGE ENTRE LA STRUCTURE DE LA PHASE FLUIDE, LES CONDITIONS D'EQUILIBRE THERMODYNAMIQUE AU FRONT ET LES TRANSFERTS LOCAUX DE CHALEUR ET DE MASSE A L'INTERFACE. NOTAMMENT, NOUS AVONS MONTRE QUE LE DEPLACEMENT DE L'EQUILIBRE AU FRONT EST CORRELE AU PARAMETRE CARACTERISTIQUE DU CHANGEMENT DE PHASE (LE NOMBRE DE STEFAN) TANDIS QUE DANS LES ZONES CONVECTIVES, LE TRANSFERT DE CHALEUR LOCAL A L'INTERFACE EST INDEPENDANT DU NOMBRE DE STEFAN MAIS EST CORRELE AU NOMBRE DE RAYLEIGH SOLUTAL. NOUS AVONS ENSUITE REALISE DES EXPERIENCES DE SOLIDIFICATION (FRONT DENDRITIQUE) D'UN MELANGE NH 4CL-H 2O SUR UN ECHANGEUR PLAN PLACE HORIZONTALEMENT DANS UNE CAVITE. NOUS AVONS ETUDIE QUALITATIVEMENT LE CAS OU LA PHASE FLUIDE EST LE SIEGE DE MOUVEMENTS CONVECTIFS GENERES PAR LE PROCESSUS DE SOLIDIFICATION. LORSQUE LA PHASE FLUIDE RESTE AU REPOS, NOUS AVONS ANALYSE QUANTITATIVEMENT PAR DES MESURES DE LA TEMPERATURE DU FRONT ET DE LA FRACTION SOLIDE DU MATERIAU FORME, LES EFFETS COUPLES DU REJET DE SOLUTE ET DE LA FRACTION SOLIDE SUR LE DEPLACEMENT DE L'INTERFACE. UN MODELE SIMPLE A CONFIRME LE FAIBLE ROLE JOUE PAR CES DEUX PHENOMENES, POUR LA GAMME DE PARAMETRES CARACTERISTIQUES ETUDIEE. DEUX EFFETS ANTAGONISTES DE LA FRACTION SOLIDE ONT NEANMOINS ETE MIS EN EVIDENCE. UNE DIMINUTION DE LA FRACTION SOLIDE A POUR EFFET D'ACCELERER DANS UN PREMIER TEMPS L'INTERFACE DE SOLIDIFICATION LORSQUE LE PROCESSUS EST DOMINE PAR LE FLUX DE CHALEUR PROVENANT DE L'ECHANGEUR, PUIS DE FREINER CETTE INTERFACE LORSQUE LES FLUX DE CHALEUR COTE FLUIDE DEVIENNENT PREPONDERANTS.
Author: Bruno Foudin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 188
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LE TRANSFERT DE MASSE EN ECOULEMENT DISPERSE SE PRODUIT DANS UN GRAND NOMBRE DE PROCESSUS INDUSTRIELS ET INTERESSE DES DOMAINES AUSSI DIVERS QUE LE GENIE NUCLEAIRE, LE GENIE DE L'ENVIRONNEMENT OU LES SCIENCES DE L'ATMOSPHERE (PLUIES ACIDES, AEROSOLS MARINS,). DE RECENTES ETUDES ONT MONTRE LE MANQUE DE FIABILITE DE NOMBREUX MODELES PREDISANT LE COEFFICIENT DE TRANSFERT DE MASSE EN MILIEUX DISPERSES (PARTICULIEREMENT DANS LE CAS DU TRANSFERT DE GAZ PEU SOLUBLES), ET CECI DU PAR EXEMPLE A DE MAUVAISES SIMULATIONS DU CHAMP HYDRODYNAMIQUE OU AUX CHOIX DES ECHELLES CARACTERISTIQUES UTILISEES DANS LES MODELES PARAMETRES. DE NOUVELLES APPROCHES SONT DONC RENDUES NECESSAIRES A PARTIR D'INCLUSIONS DONT LA DEFORMATION EST CORRECTEMENT DETERMINEE (ET NON PAS GENERALEMENT CONSIDEREE COMME RIGOUREUSEMENT SPHERIQUE), AINSI QUE LA PRISE EN COMPTE DE LA PRESENCE D'IMPURETES OU DE TENSIOACTIFS POUVANT MODIFIER LA MOBILITE INTERFACIALE (ET PAR VOIE DE CONSEQUENCE L'ECOULEMENT INTERNE ET LA VITESSE TERMINALE) DE L'INCLUSION. DEUX MODELES DE DISTRIBUTION DU SURFACTANT A L'INTERFACE (SOS FORME DE CAPSULE OU DE LA CALOTTE) SONT EXAMINES POUR DIFFERENTES VALEURS DU NOMBRE DE PECLET DE SURFACE. IL SEMBLE RAISONNABLE DE PENSER QUE LA PRESENCE D'UNE CAPSULE (FRUMKIN-LEVICH 1947) AVEC GRADIENT DE CONCENTRATION DE SURFACTANT OU L'EXISTENCE D'UNE CALOTTE QUASI-RIGIDE A L'ARRIERE DE LA PARTICULE (SAVIC 1953) PUISSENT EXISTER, SUIVANT L'ORDRE DE GRANDEUR DE LA CONTRAINTE DE CISAILLEMENT ET DU GRADIENT DE TENSION INTERFACIALE DU A LA DISTRIBUTION NON UNIFORME DU TENSIOACTIF A LA SURFACE.
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CETTE ETUDE CONCERNE DES MILIEUX HAUTEMENT VISQUEUX; ELLE A ETE MENEE PARALLELEMENT PAR VOIES THEORIQUE ET EXPERIMENTALE. LA RESOLUTION NUMERIQUE TIENT COMPTE DE LA DEFORMATION DE LA GOUTTE ET PERMET D'ACCEDER A LA CONNAISSANCE COMPLETE DE L'ECOULEMENT. LES CONDITIONS AUX LIMITES SONT ECRITES A PARTIR DE TECHNIQUES D'OPTIMISATION QUADRATIQUES
Author: Azeddine Rachih (docteur en dynamique des fluides).)
Author: Azeddine Rachih (docteur en dynamique des fluides).)
Author: Evert Klaseboer
Author: Abdellah Saboni
Author: Miriam Rocchi Tavares (auteure en mécanique).)
Author: Michel Grimaldi
Author: Mustapha Er-Riani
Author: Soufiane Guella
Author: SANDRINE.. GEOFFROY
Author: Bruno Foudin
Author: ALAIN.. TEXIER