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Modélisation numérique eulérienne des écoulements gaz-solide avec plusieurs espèces de particules

Patiño-Palacios, Gaspar (2007) Modélisation numérique eulérienne des écoulements gaz-solide avec plusieurs espèces de particules. (Eulerian numerical modeling of gas-solid flows with several species of particles.)

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Abstract

La simulation des écoulements polyphasiques est actuellement un enjeu scientifique, industriel et économique important. L'objectif de ce travail est d'améliorer la compréhension via des simulations des écoulements à deux ou plusieurs phases dispersées et de proposer une contribution à la modélisation et caractérisation de son hydrodynamique. L'étude de systèmes gaz-solides fait appel à des modèles pour mettre en oeuvre l'influence des particules et les effets des collisions dans le contexte du transfert de quantité de mouvement. Ce type d'étude est abordé dans le cadre de ce travail de thèse. Les simulations réalisées avec le logiciel Saturne_polyphasique@Tlse dans le cadre du programme de collaboration entre EDF-R and D et l'Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse ont permis de confirmer la faisabilité de l'approche CFD pour l'étude hydrodynamique de systèmes multiphasiques. Les étapes de validation concernent, d'une part, la mise en oeuvre de l'outil de simulation dans son état actuel pour réaliser des études de validation et de sensibilité des modèles et de comparer les résultats numériques avec les données expérimentales. D'autre part, le développement de nouveaux modèles physiques et leurs implantations dans le logiciel Saturne permettra l'optimisation du procédé industriel. Pour mener cette validation de façon satisfaisante, on aborde des cas de simulations clés, notamment la chambre d'injection monodisperse et la variation de la charge d'injection dans le cas d'un écoulement polydisperse, ainsi que la fluidisation d'une colonne composée de particules solides. Dans ce dernier cas, on a abordé trois configurations de lits fluidisés denses, afin d'étudier l'influence du maillage sur les simulations ; ensuite, on simule l'opération d'un lit fluidisé dense avec lequel on caractérise la ségrégation entre deux différentes espèces de particules. L'étude de l'injection des écoulements polydisperses présente deux configurations ; un écoulement co-courant gaz-particule dans du gaz (Cas Hishida), et d'autre part, un écoulement polyphasique dans une configuration de type jet confiné avec des zones de recirculation et de stagnation (cas Hercule). Les calculs numériques ont été comparés avec les données expérimentales disponibles et ont montré une reproductibilité satisfaisante de la prédiction hydrodynamique des écoulements multiphasiques. ABSTRACT : The simulation of the multiphase flows is currently an important scientific, industrial and economic challenge. The objective of this work is to improve comprehension via simulations of polydispersed flows and contribute the modeling and characterizing of its hydrodynamics. The study of gas-solid systems involves the models that takes account the influence of the particles and the effects of the collisions in the context of the momentum transfer. This kind of study is covered on the framework of this thesis. Simulations achieved with the Saturne_polyphasique@Tlse code, developed by Electricité de France and co-worked with the Institut de Méchanique des Fluides de Toulouse, allowed to confirm the feasibility of approach CFD for the hydrodynamic study of the injectors and dense fluidized beds. The stages of validation concern, on the one hand, the placement of the tool for simulation in its current state to make studies of validation and sensitivity of the models and to compare the numerical results with the experimental data. In addition, the development of new physical models and their establishments in the code Saturne will allow the optimization of the industrial process. To carry out this validation in a satisfactory way, a key simulation is made, in particular a monodisperse injection and the radial force of injection in the case of a polydisperse flow, as well as the fluidization of a column made up of solid particles. In this last case, one approached three configurations of dense fluidized beds, in order to study the influence of the grid on simulations ; then, one simulates the operation of a dense fluidized bed with which one characterizes the segregation between two various species of particles. The study of the injection of the polydisperse flows presents two configurations ; a flow Co-current gas-particle in gas (Case Hishida), and in addition, a polyphase flow in a configuration of the jet type confined with zones of recirculation and stagnation (case Hercules). Numerical calculations were compared with the experimental data available and showed a satisfactory reproducibility of the hydrodynamic prediction of the multiphasic flows

Department or laboratory:Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse - IMFT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Simonin, Olivier
Uncontrolled Keywords:Théorie cinétique granulaire – Polydispersion – Turbulence gaz-particules – Simulation numérique – Modèles de collision. KEYWORDS : Granular kinetic theory – Polydispersion – Gas-solid turbulence – Numerical simulation – Collision models
Subjects:Hydraulics > Fluid mechanics
Hydraulics > Energetics and transfers
Deposited On:22 May 2008

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