Contribution à la modélisation numérique d'écoulements électro-fluido-dynamiques diphasiques tridimensionnels

Contribution to the numerical modelling of three dimensional electro-fluido-dynamic multiphase flows

• Auteur / Autrice : Jean-Charles Laurentie
• Direction : Lucian Dascalescu, Philippe Traoré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique, mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Parallélisme (informatique)

Écoulement diphasique

Champs électriques

Électrostatique

Résumé

Les matériaux granulaires sont très divers : les farines, les grains dans l'agroalimentaire, le sable et les roches dans l'industrie minière, les déchets broyés dans l'industrie du recyclage, les poudres et granulés dans l'industrie chimique. Le stockage, le transport et le traitement de ces matériaux font apparaître des phénomènes électrostatiques liés à leur charge par effet triboélectrique. L'analyse de ces phénomènes requiert des modèles numériques prenant en compte les trois aspects (collisions interparticulaires, écoulement du fluide et échange de charges électriques) des écoulements granulaires. L'objectif de ce mémoire est donc la modélisation des écoulements diphasiques 3D, avec la prise en compte des phénomènes tribo-électrostatiques et des forces d'interaction entre le fluide et les particules. Dans la première phase du travail, nous avons utilisé un modèle d'éléments distincts (DEM) pour calculer la dynamique particulaire. Plusieurs études de lits vibrés y sont traitées. La deuxième partie présente un modèle original de charge électrostatique. Ce modèle permet d'étudier l'évolution de la charge des particules au cours du temps. La méthode utilisée pour réaliser le code diphasique par un couplage eulérien-lagrangien est exposée dans la troisième partie. Les études sur la fluidisation de particules qui y sont décrites ont abouties à des pistes intéressantes sur la formation des bulles. Pour finir, nous présentons les algorithmes utilisés pour les modélisations, ainsi que la méthode adoptée pour paralléliser le programme, permettant ainsi de représenter un grand nombre de particules afin de mieux simuler des situations d'intérêts industriels.

Granular materials are very diverse: flour and grain in the food industry, sand and rocks in the mining industry, ground industrial waste in the recycling industry, powders and granules in the chemical industry. Storage, transport and processing of these materials lead to electrostatic phenomena related to their charge by the triboelectric effect. The analysis of these phenomena requires numerical models that take into account the three aspects (particle collisions, fluid flow and electrostatics phenomena) of granular flows. The purpose of this thesis is the modelling of 3D two-phase flows, including the tribo-electrostatic effects and the interaction forces between the fluid and particles. At first, we used a distinct elements model (DEM) to compute the motion of the particles. Several cases of vibrated beds have been treated. The second part presents an original tribo-electrostatic charge exchange model. This model is able to compute the evolution of the particle charge over time. The coupled Eulerian-Lagrangian method used to solve the two-phase flow is described in the third part. Studies on fluidized beds of particles described in this section have resulted in interesting explanations on the formation of bubbles. Finally, the last section presents the algorithms, as well as the method used to parallelize the program, thus allowing the representation of a large number of particles in order to better simulate the industrial installations.