Interactions hydrodynamiques entre particule et paroi en écoulement de Stokes : application à la filtration

• Auteur / Autrice : Jean-Michel Frey
• Direction : Azeddine Kourta
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Navier-Stokes, Équations de -- Solutions numériques

Filtration

Hydrodynamique

Résumé

Les interactions hydrodynamiques entre particules en suspension et paroi interviennent dans de nombreuses situations physiques aussi bien dans le domaine environnemental que dans le secteur de l'industrie. Lors de processus de filtrations, elles conditionnent le comportement des particules à proximité du collecteur. L'objectif de ce travail est de caractériser les interactions hydrodynamiques en régime de Stokes, et d'en déduire la répartition du dépôt que constitue la première couche de particules déposéessur la paroi. Deux situations de filtrations ont été étudiées. En filtration de masse une étude numérique a permis de modéliser le transport de particules sphériques à l'échelle des pores d'un milieu poreux modèle. Les modes de capture ont été analysés à partir d'une approche lagrangienne. L'efficacité de capture du milieu et la répartition des dépôts ont été caractérisées en fonction des paramètres hydrodynamiques et géométriques des pores. Les résultats numériques ont permis d'interpréter des résultats expérimentaux obtenus sur des micro-modèles gravés dont les pores présentaient une géométrie similaire. En filtration tangentielle, l'interaction entre la paroi filtrante et des particules sphériques en suspension a été analysée. Dans un premier temps, l'influence d'une singularité de paroi sur la force hydrodynamique appliquée à une particule a été étudiée numériquement, par une méthode quasi analytique. Les résultats ont été interprétés en terme de raccordement des deux cas asymptotiques du problème. La méthode employée a été généralisée au cas d'une singularité de type pore. Dans un deuxième temps, l'étude des trajectoires de particules au-dessus d'une paroi comportant des pores périodiquement répartis a été effectuée. Á partir d'un calcul simplifié de l'écoulement, les forces hydrodynamiques qui agissent sur la particules et les trajectoires de particules associées ont été déterminées. La densité de probabilité de capture des particules sur la paroi poreuse a été calculée en fonction de la porosité, de l'inertie des particules, des effets physico-chimiques et de l'intensité du cisaillement. Finalement, 'influence mutuelle de deux sphères placées simultanément dans l'écoulement au voisinage du pore a été discutée qualitativement.