Thèse soutenue

Transfert de masse entre une bulle et un liquide : simulations numériques directes et fluorescence induite par nappe laser
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Auteur / Autrice : Adil Dani
Direction : Pascal GuiraudArnaud Cockx
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des procédés et de l'environnement
Date : Soutenance en 2007
Etablissement(s) : Toulouse, INSA

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Ce travail est consacré à l’étude locale du transfert de masse entre une bulle et un liquide par simulation numérique directe et par fluorescence induite par une nappe laser. Les simulations numériques directes ont permis des calculs du transfert de masse (et donc du nombre de Sherwood) pour une large gamme du nombre de Reynolds Re (0. 01 ≤ Re ≤ 300), du nombre de Schmidt Sc (1 ≤ Sc ≤ 105) et d’angle de contamina tion θcap (0◦ ≤ θcap ≤ 180◦). Pour cela, les équations de Naviers-Stokes et de diffusion- advection d’un scalaire sont résolues. A faibles nombres de Reynolds, l’étude numérique du transfert de masse est réalisée à l’aide du code commercial COMSOL. Nous avons montré l’importance sur le transfert de masse de la contamination de l’interface de la bulle. Une corrélation est proposée pour calculer le nombre de Sherwood d’une bulle partiellement contaminée. Pour des nombres de Reynolds intermédiaires (1 ≤ Re ≤ 300) et avec un nombre de Schmidt compris entre 1 et 500, l’étude numérique du transfert de masse est effectuée à l’aide du code JADIM. L’étude du nombre de Sherwood local a permis de montrer une transition entre le transfert de masse dans la zone propre et celui dans la zone contaminée. De plus, nous avons constaté que dans ces deux parties, le transfert est plus faible que celui pour une bulle propre ou pour une bulle complètement contaminée respectivement. Comme pour le régime de Stokes, nous avons montré que la contamination de l’interface de la bulle est un paramètre important pour l’estimation du transfert de masse. Pour l’étude expérimentale du transfert, nous avons mis en place la technique de fluorescence destinée à des mesures de concentration en oxygène dissout dans un liquide et au voisinage d’une bulle en ascension dans un liquide au repos. Pour en déduire le champ de concentration en oxygène dans un liquide (en absence de bulle), un traitement des images brutes est réalisé. Pour mesurer la concentration en oxygène au voisinage de la bulle, un autre traitement spécifique est proposé. Ce dernier traitement tient compte de la présence de la bulle. Ces traitements sont indispensables pour réaliser une étude quantitative car ils permettent d’obtenir une image o`u la distribution de la lumière est uniforme. Pour la détermination du diamètre d’une bulle sphérique, nous avons développé trois méthodes expérimentales qui sont basées sur l’ombre de la bulle, les réflexions des rayons lumineux à la surface de la bulle et les limites du halo de lumière autour de la bulle. Cette dernière méthode peut être utilisée pour mesurer le diamètre d’une bulle ellipsoïdale dont la trajectoire est rectiligne. Nous avons réalisé pour la première fois une étude expérimentale basée sur un traçage par oxygène qui permet d’observer deux filaments tourbillonaires à l’arrière d’une bulle ellipsoïdale. Un détachement de tourbillon a également été observé