Films liquides tombants avec ou sans contre-écoulement de gaz : application au problème de l'engorgement dans les colonnes de distillation

par Nicolas Kofman

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Christian Ruyer-Quil et de Sophie Mergui.

Le jury était composé de Valery Botton, Benoit Scheid, Patricia Ern, Laurent Limat, Maurice Rossi, Guillaume Mougin.


  • Résumé

    Les films liquides tombants et cisaillés par un contre-écoulement de gaz jouent un rôle prépondérant dans de nombreux processus industriels. En effet, les ondes à l'interface gaz/liquide augmentent sensiblement les transferts de chaleur et de masse entre les deux phases. Nous avons cherché, dans un premier temps, à mieux comprendre la dynamique 2D et 3D d'un film liquide tombant sur un plan incliné grâce à des outils expérimentaux (visualisations par ombroscopie, mesures d'épaisseur) et numériques (modèles d'équations réduits, analyses de stabilité). Le point optimal de fonctionnement des procédés se situe proche de la limite d'engorgement caractérisée par un envahissement de l'espace disponible par la phase liquide. Notre objectif, dans un second temps, a été de mieux comprendre les mécanismes physiques à l'origine de l'engorgement grâce à la réalisation d'expériences en géométrie simplifiée (canal plan). Ces travaux s'inscrivent dans le cadre d'un contrat CIFRE entre le laboratoire FAST et la société Air Liquide afin d'appliquer les résultats au procédé de distillation de l'air. Deux dispositifs expérimentaux ont été mis en place : l'un à température ambiante (étude fondamentale), l'autre à température cryogénique (étude appliquée et confidentielle).

  • Titre traduit

    Falling liquid films with or without a gazeous counter-flow : application to the problem of flooding in distillation columns


  • Résumé

    Falling liquid films with or without a gazeous counter-flow play a leading role in many industrial process. Indeed, the waves at the gas/liquid interface increase noticeably the heat and mass transfer between both phases. We have tried, as a first step, to better understand the 2D and 3D dynamics of a liquid film falling down an inclined plane using experimental (shadowgraphy visualisations, thickness measurements) and numerical (reduced equation models, stability analysis) tools. The optimal operating conditions are closed to the limit of flooding characterized by an invasion of the available space by the liquid phase. Our goal, as a second step, has been to better understand the physical mechanisms at the origin of flooding using simplified geometry experiments (plane channel). These works fall within a CIFRE contract between the FAST laboratory and the Air Liquide company in order to apply the results to the air distillation process. Two experimental set-ups have been built : one at room temperature (fundamental study), the other at cryogenic temperature (applied and confidential study).


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