Etude expérimentale et modélisation de la longueur de bon mélange. Application à la représentativité des points de prélèvement en conduit

Experimental study and modelling of the well-mixing length. Application to the representativeness of sampling points in duct

• Auteur / Autrice : Jonathan Alengry
• Direction : Olivier Vauquelin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et physique des fluides
• Date : Soutenance le 20/03/2014
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
• Jury : Président / Présidente : Serge Simoëns
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Vauquelin, Camille Solliec, Pierre Paranthoën
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Camille Solliec, Pierre Paranthoën

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers

Traceurs (chimie)

Équation de la chaleur

Mots clés libres

Longueur de bon mélange

Représentativité des points de prélèvement

Équation de convection-diffusion

Conduits circulaire et rectangulaire

Traceur

Homogénéisation

Laser

Well mixing length

Representativeness of sampling points

Convection-Diffusion equation

Circular and rectangular ducts

Tracer

Homogenization

Laser

Résumé

La surveillance des rejets gazeux des installations nucléaires dans l'environnement et de contrôle des dispositifs d'épuration reposent sur des mesures régulières de concentrations des contaminants en sortie de cheminées et dans les réseaux de ventilation. La répartition de la concentration peut être hétérogène au niveau du point de mesure si la distance d'établissement du mélange est insuffisante. La question se pose sur l'évaluation du positionnement des points de piquage et sur l'erreur commise par rapport à la concentration homogène en cas de non-respect de cette distance. Cette étude définit cette longueur dite de « bon mélange » à partir d'expériences menées en laboratoire. Le banc dimensionné pour ces essais a permis de reproduire des écoulements dans des conduits longs circulaire et rectangulaire, comprenant chacun un coude. Une technique de mesure optique a été développée, calibrée puis utilisée pour mesurer la distribution de la concentration d'un traceur injecté dans l'écoulement. Les résultats expérimentaux en conduit cylindrique ont validé un modèle analytique basé sur l'équation de convection-diffusion d'un traceur, et ont permis de proposer des modèles de longueur de bon mélange et de représentativité de points de prélèvement. Dans le conduit à section rectangulaire, les mesures acquises constituent une première base de données sur l'évolution de l'homogénéisation d'un traceur, dans la perspective de simulations numériques explorant des conditions plus réalistes des mesures in situ.

Monitoring of gaseous releases from nuclear installations in the environment and air cleaning efficiency measurement are based on regular measurements of concentrations of contaminants in outlet chimneys and ventilation systems. The concentration distribution may be heterogeneous at the measuring point if the distance setting of the mixing is not sufficient. The question is about the set up of the measuring point in duct and the error compared to the homogeneous concentration in case of non-compliance with this distance. This study defines the so-called "well mixing length" from laboratory experiments. The bench designed for these tests allowed to reproduce flows in long circular and rectangular ducts, each including a bend. An optical measurement technique has been developed, calibrated and used to measure the concentration distribution of a tracer injected in the flow. The experimental results in cylindrical duct have validated an analytical model based on the convection-diffusion equation of a tracer, and allowed to propose models of good mixing length and representativeness of sampling points. In rectangular duct, the acquired measures constitute a first database on the evolution of the homogenization of a tracer, in the perspective of numerical simulations exploring more realistic conditions for measurements in situ.