Thèse soutenue

Mise au point d’une nouvelle méthode optique pour la mesure de concentration locales en phase liquide : application au mélange dans une cuve agitée

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Auteur / Autrice : Pascal Vacus
Direction : Jacques Villermaux
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des procédés
Date : Soutenance en 1991
Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Résumé

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L’analyse bibliographique a révélé les limites atteintes tant en taille qu’en fréquence par les sondes de concentration conventionnelles, la spectroscopie de fluorescence apparaissant prometteuse. La théorie et l’étude des applications dérivées montrent qu’elle peut apporter la résolution spectrale, spatiale et temporelle indispensable à une mesure locale de concentration, et apporte un éclairage sur les problèmes rencontrés dans l’étude du mélange d’un traceur fluorescent en solution dans l’eau. Les éléments de l’installation expérimentale sont présentés, avec leurs réglages complets. Des bruits électriques ou mécaniques caractéristiques et leur remède, quand il existe, sont décrits. Le processus aléatoire d’absorption-émission mis en jeu pour la fluorescence du traceur dépend d’une statistique de Poisson : concentration locale et signal mesuré ne sont plus proportionnels, mais les relations liant leurs propriétés statistiques ont pu être établies, ainsi que le traitement du signal adéquat pour éliminer le bruit aléatoire polluant généré. Le mélange en continu dans une cuve agitée standard de 2 flux, l’un avec le traceur, l’autre non, fournit un champ turbulent de concentration fluctuante pour valider le capteur. Le traitement du signal fourni par la théorie s’avère convenable, et a permis d’étudier l’influence de la position, de la vitesse d’agitation, du temps de séjour et de la viscosité sur les intensités de ségrégation, densités spectrale, spectres de dissipation et fonctions d’autocorrélation. Il existe apparemment des valeurs minimales de la vitesse d’agitation et du temps de séjour pour lesquelles les fluctuations ne sont plus détectables. Les spectres adimensionnels réduits prennent une forme unique, comme le prévoit la théorie de la turbulence. La viscosité, tout en augmentant l’intensité de ségrégation, ne modifie pas les spectres, sans doute parce que le nombre de Schmidt est resté constant. Des perspectives d’amélioration sont envisagées