Recherche Avancée

Thèse soutenue

Modélisation et simulation numérique des écoulements diphasiques, turbulents au sein des réacteurs chimiques : application aux colonnes à bulles

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Auteur / Autrice : Chafik Baba-Aissa
Direction : Noël Midoux, Souhila Poncin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences appliquées
Date : Soutenance en 1998
Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du génie chimique (Nancy)

Résumé

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Les colonnes à bulles offrent un domaine d'application aux propriétés de mélange par agitation des bulles. La construction de ce type de réacteurs est relativement simple, en revanche, la structure des écoulements est très complexe et demeure une contrainte rendant leur dimensionnement problématique avec leur corollaire de sur ou sous dimensionnement entrainant des pertes de rendement, de réactifs introduits dans le réacteur. C’est la raison pour laquelle les méthodes traditionnelles utilisées en génie chimique semblent de plus en plus supplées par une approche qui s'appuie sur la mécanique des fluides numérique pour explorer localement la structure des écoulements. L’approche lagrangienne et l'approche eulérienne sont les deux méthodes utilisées. La méthode lagrangienne considère la phase continue au moyen du modèle exact de Navier Stokes diphasique, alors que la phase dispersée est décrite au moyen de sa trajectoire. Le couplage des deux phases s'effectue par les forces d'interaction au niveau de l'interface. L’approche eulérienne considère chaque phase par un système d'équations de Navier Stokes, le terme source relatif aux interactions au niveau de l'interface sert à coupler les deux phases. Le but que nous nous proposons d'atteindre est une certaine maitrise de la simulation numérique des écoulements au sein des réacteurs diphasiques à bulles. Pour ce faire les simulations sont comparées avec les résultats publiés. Deux cas tests sont proposés pour montrer la capacité du code utilisé à donner des résultats à des conditions différentes de distribution des bulles. Distribution sur toute la colonne, et distribution partielle de gaz. Nous considérons trois types de réacteurs. Le premier est une colonne à bulle de grand diamètre dont les résultats obtenus sont comparés avec les travaux portant sur la simulation numérique utilisant le modèle lagrangien. L’analyse comparative concerne les deux types de modèles. Le deuxième réacteur est une colonne à bulle dont le rapport hauteur sur diamètre est supérieur à dix. Les résultats sont comparés avec les mesures expérimentales, essentiellement la vélocimétrie à film chaud. Dans une troisieme série de simulations nous avons considéré un réacteur du type gazosiphon utilisé. Le but de l'approche est de comparer le code que nous avons utilisé avec un autre type de code de mécanique des fluides numérique. Les efforts pour assurer le succès de cette approche doivent porter sur la modélisation mathématique des phénomènes de coalescence et de fragmentation des bulles et leur introduction au sein du modèle.