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Thèse soutenue

Modélisation du renoyage d'un lit de particules : contribution à l'estimation des propriétés de transport macroscopiques

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Auteur / Autrice : Fabien Duval
Direction : Michel Quintard
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique. Énergétique
Date : Soutenance en 2002
Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Résumé

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Ce travail porte sur la modélisation macroscopique des transferts de masse et de chaleur dans un milieu poreux surchauffé parcouru par un écoulement liquide-vapeur avec changement de phase. Dans le cadre du non équilibre thermique local entre les trois phases du système, un modèle macroscopique quasi-stationnaire à trois températures est établi par prise de moyenne volumique des équations de transport locales. Un des aspects attrayants de la technique de changement d'échelle réside ici dans le développement d'une forme fermée du taux d'évaporation à l'échelle macroscopique dépendant des températures moyennes et des propriétés effectives. Le modèle macroscopique résultant peut être vu comme une généralisation des modèles à trois températures existants obtenus dans le cadre d'une approche heuristique. Les principales différences sont la présence de termes de transport supplémentaires et un couplage entre les différents continuums (phase et interface) qui semble plus complexe. L'intérêt majeur de l'approche développée ici est de proposer des problèmes de fermeture permettant de déterminer les coefficients de transports effectifs, tels que les tenseurs de dispersion et les coefficients d'échange, à partir d'une description locale sur une cellule représentative du milieu considéré. Ces problèmes ont été résolus pour des cellules unitaires simples pour obtenir une première estimation des propriétés effectives. Pour ces cellules et pour des problèmes de diffusion-évaporation, des comparaisons avec des solutions numériques du problème local ont permis d'illustrer l'intérêt pratique et les potentialités du modèle macroscopique. Pour des cellules unitaires plus complexes, une simulation numérique directe de l'écoulement diphasique à l'échelle locale a été effectuée permettant d'avoir accès au champ de vitesse et à la topologie des interfaces. L'outil de simulation numérique directe développé est basé sur une méthode à interface diffuse. Ces méthodes sont bien adaptées aux longueurs caractéristiques à l'échelle locale du milieu poreux et les développements menés montrent que l'on peut envisager de prendre en compte le changement de phase dans le cadre des modèles de Cahn-Hilliard. Les résultats obtenus sur des cellules 2D soulignent le rôle important de la répartition des phases et indiquent que les corrélations pour les propriétés effectives, en fonction de la saturation et des nombres de Péclet, peuvent être relativement complexes.