Turbulence et dissipation au sein d'un réacteur agité par une turbine Rushton : velocimétrie laser Doppler à deux volumes de mesure

Turbulence and dissipation in a Rushton turbine stirred vessel : two-point laser Doppler anenometry

• Auteur / Autrice : Stéphane Michelet
• Direction : Mahmoud Mahouast, Jacques Mallet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Energies et Mécanique Théorique et Appliquée

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbulence

Énergie mécanique

Vélocimétrie laser Doppler

Résumé

Cette thèse propose une étude expérimentale de la turbulence au sein d'un réacteur agité standard muni d'une turbine Rushton, fonctionnant en régime monophasique. L'anémométrie laser à deux volumes de mesure a été développée, sur la base d'un velocimètre bi-composante, pour permettre la mesure directe des variances des gradients des fluctuations de vitesse dont est composé le taux moyen local de dissipation d'énergie cinétique de turbulence epsilon. La technique est validée, avec moins de 5% d'écart, dans le cadre d'une turbulence de grille ou epsilon est connu. La comptabilité de la résolution spatiale obtenue avec les échelles de l'écoulement autorise l'utilisation de cette technique dans les mélangeurs. Après avoir identifié et extrait la contribution périodique due au passage des pales, les mesures d’epsilon montrent que : _ plus de 60% de l'énergie mécanique injectée sur l'arbre de la turbine est dissipée dans la région des chicanes et dans les couches limites de paroi. _ la turbulence peut être considérée comme localement isotrope dans l'ensemble du réacteur. _ en comparaison avec les résultats expérimentaux, le calcul d’epsilon par : epsilon = A((q²)³/²)/L donne des valeurs bien supérieures à proximité de l'agitateur et du même ordre de grandeur dans les zones de recirculation. Une étude des échelles de la turbulence a été conduite dans l'ensemble du réacteur. Ceci a amené à la modification de l'hypothèse de Taylor, en tenant compte notamment de la vitesse de convection des structures cohérentes mesurée dans le refoulement de la turbine, à partir des corrélations spatio-temporelles des fluctuations de vitesse. Enfin, le jet généré par le mobile a été modélisé à partir des équations de la dynamique. Une viscosité dynamique a été introduite et un bon accord a été trouvé entre les mesures expérimentales et les profils analytiques trouvés.