Étude des écoulements turbulents chargés de particules : application à l'encrassement particulaire des échangeurs à plaques corruguées

Study of turbulent flows loaded with particles. Application to the particulate fouling of corrugated plate heat exchangers

• Auteur / Autrice : Frédéric Kouidri
• Direction : Emil Hopfinger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés libres

Sciences appliquees

Energie

Echangeur chaleur

Echangeur plaque

Ecoulement turbulent

Ecoulement liquide particule

Etude experimentale

Vitesse ecoulement

Analyse numerique

Modele lagrange

Logiciel trio

Heat exchanger

Plate heat exchanger

Turbulent flow

Liquid particle flow

Experimental study

Flow velocity

Numerical analysis

Lagrangian model

Résumé

Ce travail propose une etude numerique et experimentale du comportement d'un ecoulement liquide turbulent charge de particules solides. Le contexte industriel est celui de l'encrassement particulaire des echangeurs de chaleur a plaques. L'observation visuelle ainsi que les mesures de velocimetrie a l'interieur d'une maquette font apparaitre l'existence de structures tourbillonnaires coherentes de grande dimension et confirment le lien etroit entre le depot de particules et la dynamique de l'ecoulement. Les tourbillons contribuent a creer des zones preferentielles de contact entre paroi et particules et faconnent le depot selon un mecanisme precis. Deux processus d'arrachement du depot ont egalement ete mis en evidence. Les phenomenes hydrauliques et les comportements particulaires mis en evidence dans l'etude experimentale sont compares a des cas types dans une etude bibliographique. Une etude numerique basee sur l'utilisation du logiciel trio - developpe au commissariat a l'energie atomique, cea permet de completer l'etude en s'attachant a predire le comportement des particules, couple de facon dynamique a l'ecoulement turbulent. L'approche est basee sur un couplage entre la simulation pseudo-directe de l'ecoulement turbulent et un modele lagrangien pour les trajectoires des particules. Les resultats obtenus ont permis de conclure a un bon accord qualitatif entre les resultats numeriques et les mesures experimentales. La disposition du depot sur la surface du canal est globalement retrouvee par la simulation numerique. L'influence de certains parametres sur le phenomene d'encrassement comme le regime d'ecoulement (re=5000 ou re=10000), la disposition horizontale ou verticale du canal ou le diametre des particules (d#p=100 m ou d#p=25 m) a ete etudiee