Dynamique d'un aérosol de nanoparticules : modélisation de la coagulation et du transport d'agrégats

Aerosol Dynamics : Modelling Nanoparticle Coagulation and Transport

• Auteur / Autrice : Romain Guichard
• Direction : Anne Tanière, Nicolas Rimbert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance le 15/11/2013
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Energies et Mécanique Théorique et Appliquée
• Jury : Président / Présidente : Éric Climent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Belut, Christophe Morel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Rodney Fox, Evelyne Gehin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Agrégation (chimie)

Nanoparticules

Aérosols

Mots clés libres

Nanoparticules

Aérosol

Coagulation

Transport

Dépôt

Bilan de Population

QMOM

CFD

Simulation Numérique

LDA

MET

Agrégats

Dimension Fractale

Nanoparticles

Aerosol

Coagulation

Transport

Deposition

Population Balance

QMOM

CFD

Numerical Simulation

LDA

TEM

Aggregates

Fractal Dimension

Résumé

Un modèle complet permettant de simuler la dynamique d'un nano-aérosol est présenté et discuté. On considère une équation Eulérienne de type « Diffusion-Inertia » réécrite en moments en incluant un terme source de coagulation. Le phénomène de dépôt est pris en compte par l'intermédiaire d'une condition aux limites sur le flux de moments à la paroi. L'expression de la granulométrie en moments permet d'obtenir une très bonne efficacité de calcul et rend ainsi le modèle utilisable pour des applications industrielles ou en santé au travail. L'implémentation de cette approche dans un code de CFD est validée sur des cas simples par comparaison avec une méthode des classes ainsi que des données expérimentales. La méthode des moments n'introduit pas de biais particulier et les résultats numériques sont en accord avec les résultats expérimentaux. Un nouveau dispositif expérimental, qui consiste en une enceinte ventilée, est également proposé afin de maîtriser au mieux l'écoulement et de caractériser la morphologie des agrégats générés. La confrontation entre les résultats numériques et expérimentaux met en évidence le fait que la détermination des paramètres fractals est un élément clé de la modélisation

A complete CFD model for nano-aerosol dynamics is presented and discussed. It consists in an Eulerian ''Diffusion-Inertia'' equation including a coagulation source term which is rewritten in terms of moments. Deposition phenomenon is taken into account by means of a boundary condition on the flux of moments at walls. The moment transformation allows good computational performances and makes thus the model tractable for industrial and occupational health applications. The implementation of this approach into a CFD code is assessed for simple cases by comparison with sectional approach results and experimental data. These comparisons show that the method of moments does not induce particular bias and that numerical results are in good agreement with available experimental data. An experimental set-up, which consists in a ventilated chamber, is also proposed for allowing a good control of the flow and for allowing the investigation of aggregates morphology. The confrontation between numerical and experimental results highlights that the determination of the fractal parameters is a modelling key point