Agitation des particules dans un lit fluidisé liquide : étude expérimentale

Particles agitation in a liquid fluidized bed

• Auteur / Autrice : Alicia Aguilar Corona
• Direction : Olivier Masbernat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et de l'environnement
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Collisions (physique)

Dynamique des fluides

Particules (matière)

Fluidisation

Mots clés libres

Lit fluidisé liquide

Résumé

Dans ce travail, les trajectoires 3-D de particules marquées dans un lit fluidisé liquide ont été mesurées par vidéo dans un milieu d’indices optiques ajustés, dans une plage étendue de concentration. Les paramètres de l’écoulement étudié correspondent à des nombres de Reynolds particulaire élevés (O(10)<Rep<O(103)) et des nombres de Stokes intermédiaires (O(1)<St<O(10)) L’évolution de l’énergie cinétique fluctuante des particules en fonction de la concentration a été modélisée et interprétée dans le cadre de la théorie cinétique. Le coefficient d’autodiffusion des particules a été identifié dans les plans horizontal et vertical, et modélisé grâce à une analyse comparative d’échelles de temps. La fréquence et le coefficient de restitution des collisions ont été mesurés et comparés aux modèles existants

Besides its interest as an industrial application in various processes, liquid fluidization builds up an interesting test case regarding the validation of two-phase flow modelling. The lack of reliable and detailed experimental data about particle agitation in this type of flow is one important motivation to this study. In this work, the random motion of mono-dispersed particles in a liquid fluidized bed has been measured and processed from video recordings, using a refractive index matching method. 3-D trajectories of coloured particles have been collected in a wide range of solid fraction, and statistical quantities have been derived in the range of high particle Reynolds number (O(10)<Rep<O(103) and intermediate Stokes number (O(1)< St<O(10)). The evolution of the particle velocity variance as a function of solid fraction has been modelled and interpreted in the frame of kinetic theory of granular flows (KTGF). The fluctuating kinetic energy of the continuous phase measured by PIV, is significantly larger than that of the dispersed phase and varies almost linearly as a function of the slip velocity. The existence of a diffusive motion of the particles has been demonstrated and the self-diffusion coefficient has been identified using two distinct methods, the velocity autocorrelation function and the variance of the particle displacement. The comparison of characteristic time scales of the particles and the fluid at small and large scales allowed the formulation of scaling laws for this quantity. Finally, the collisions frequency and particle-wall rebound have been measured and analyzed in the frame of existing theories