Caractérisation de matériaux granulaires et de leurs écoulements dans les silos verticaux : Mise en oeuvre d'une méthode d'investigation expérimentale et numérique

Characterization of granular materials and their flows in vertical silos : Implementation of an experimental and numerical method

• Auteur / Autrice : Cédric Degouet
• Direction : Blaise Nsom
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement (hydrologie)

Milieux granulaires

Résumé

Notre travail s'inscrit dans le cadre de l'étude de la vidange de matériaux granulaires ensilés. Les phénomènes régissant les écoulements générés lors des vidanges de matériaux granulaires ensilés sont encore mal connus. L'étude des techniques expérimentales existantes nous a amené à innover et en développant notre propre méthode expérimentale en 3D. Cette méthode consiste à enregistrer l'évolution de la surface libre éclairée par des plans lasers. Toutes les études expérimentales sont réalisées en laboratoire avec une maquette modulable permettant l'utilisation d'un fond plat, d'une trémie simple et d'une trémie double. Les matériaux granulaires utilisés sont caractérisés par les méthodes classiques. L'utilisation de ces matériaux, nous permet d'obtenir les différents modes d'écoulement connus et de les analyser. La technique expérimentale que nous présentons, nous permet de montrer l'influence du changement de mode d'écoulement sur la vitesse verticale de la surface libre et le débit. Contrairement aux autres méthodes expérimentales existantes, le système que nous avons mis au point est non intrusif et transposable dans des silos de taille réelle. Parallèlement, nous développons un code de simulation par éléments discrets en 2D (DEMSI) qui permet de simuler les différents modes d'écoulement existants. Avec ce code, nous obtenons les vitesses au sein de l'écoulement, les modifications de la surface libre ainsi que les forces de contact interparticulaire. La comparaison des approches expérimentale et numérique montre que la forme de la surface libre simulée est en parfaite concordance avec les résultats expérimentaux.

Our work falls within the scope of the study of ensiled granular material emptying. The phenomena governing the flow which is generated by the emptyings of ensiled granular material are, to this day, not well known. The study of the existing experimental techniques brought us to break new ground by developing our own three dimensional experimental method. This method consists in filming the evolution of the free surface lit by laser plans. All the tests are set in a lab and based on an adjustable model which make it possible to use a flat bottom and a simple of a double hopper. The granular materials used are characterised by using the usual methods. The use of these materials enables us to obtain the various flow patterns and to study them. The experimental technique which we present here makes it possible for us to show the influence of a change in the flow pattern on the vertical speed of the free surface and on the flow rate. Contrary to the other existing experimental methods, the system we have though us is a non intrusive and in transposable to life size silos. At the same time, we develop here a 2D simulation code (DEMSI) which enables us to simulate the various existing flow types. With this particular code we get the speeds within the flow, the changes in the free surface, as well as the inter-particular contact forces. The comparison of the experimental and of the numerical approaches shows the shape of the simulated free surface is in complete agreement with the experimental results.