Écoulements de liquide dans un empilement de sphères : expérimentation locale et simulation fine à l'échelle d'un pore

Liquid flow in a packed bed of spheres : local experiments and pore-scale numerical simulation

• Auteur / Autrice : Thibault Dumas
• Direction : Abderrazak Latifi, François Lesage
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés
• Date : Soutenance le 11/12/2006
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du génie chimique (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Gérard Valentin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abderrazak Latifi, François Lesage, Gérard Valentin, Václav Sobolík, François Huet, Pascal Leroy
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Václav Sobolík, François Huet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement en milieux poreux

Modélisation CFD

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Milieux poreux

Simulation numérique

Sondes électrochimiques trisegmentées

Mécanique des fluides numérique

Porous media

Hydrodynamics

CFD

Micro-electrodes

Local measurements

Résumé

La première partie de ce travail a porté sur la mesure du gradient de vitesse et la direction de l'écoulement local de liquide dans un empilement de sphères. Cette étude a été menée grâce à des micro-électrodes tri-segmentées implantées à la paroi de sphères supports. Ces expériences originales ont en particulier permis de caractériser les recirculations dans le pore suivant les conditions opératoires. La seconde partie a porté sur la simulation numérique de ce même écoulement local. Un écoulement monophasique dans une géométrie complexe représentant exactement le milieu poreux a été simulé. Ces simulations ont été confrontées aux expériences; l'accord est satisfaisant, surtout à faible vitesse. L'inadéquation des modèles de turbulence usuels a été montrée dans notre cas. Enfin, des mesures par Vélocimétrie Laser Doppler ont montré l'intérêt de cette technique, bien que des améliorations soient nécessaires pour obtenir des résultats exploitables sur l'ensemble du milieu

The first part of this work deals with local measurement of flow direction and velocity gradients in a structured packing of spheres. Tri-segmented micro-electrodes flush mounted at the wall of supporting spheres are used for the measurements. Among other results, these original experiments allowed to charatcerize the flow recirculation within the pore.In the second part, the local liquid flow in the packing was numerically computed. More specifically, the local flow of liquid in a complex geometry was modelled and simulated. Numerical results are in agreement with experiments, especially for low flow rates. Usual turbulence models were shown to be inappropriate for the present case. Finally, some Laser Doppler Velocimetry measurements were carried out and showed the interesting potential of this technique, but improvements are yet to be made to get velocities in the bulk of the bed