Étude expérimentale et modélisation des écoulements liquide-liquide en conduite horizontale

Experimental study and modeling of liquid-liquid flows in horizontal pipes

• Auteur / Autrice : Christophe Conan
• Direction : Olivier Masbernat, Alain Liné
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et de l'environnement
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement diphasique

Équilibre liquide-liquide

Hydrodynamique

Résumé

Dans ce travail, une étude expérimentale des écoulements liquide-liquide en régime dispersé-stratifié est présentée. La formation d'une émulsion concentrée, issue de la décantation de gouttes dans la partie supérieure de la conduite, peut mener à une augmentation brusque de la perte de charge. Une analyse locale de l'hydrodynamique, réalisée par PIV, nous engage à envisager une modélisation à ''deux fluides'' : le facteur de frottement pariétal de la couche continue vérifie la loi de Blasius et le facteur de frottement interfacial est inversement proportionnel à un nombre de Reynolds basé sur la vitesse relative entre les deux couches. Ce comportement est en accord avec le processus d'atténuation de la turbulence observé dans la zone de transition et qui peut être interprété par une augmentation importante de la viscosité effective du milieu diphasique. Un comportement rhéo-fluidifiant du mélange diphasique est aussi observé lorsque la concentration en phase dispersée dépasse 0. 5

In this work, liquid-liquid dispersed-stratified pipe flows have been experimentally investigated. The heavy aqueous phase flows in the lower part of the duct, entraining a concentrated dispersed layer of organic drops in the upper pipe section. The aqueous phase mean and fluctuating flow field in both layers have been characterized by Particle Image Velocimetry. The turbulence field in the aqueous phase follows classical trends of wall turbulence in pipe flows. The non-newtonian rheology of the dispersed layer has been identified. Closure laws for the wall stress of the aqueous and dispersed layers as well as for the interfacial stress have been derived and discussed. The wall friction in the aqueous phase follows Blasius'law, whereas the interfacial friction is inversely proportional to the Reynolds number based on the average slip velocity. Overall, the pressure gradient is nearly proportional to the mixture velocity, even at low concentration of the dispersed phase