Etude numérique d'un écoulement forcé dans un canal horizontal dont la partie inférieure est constituée de boues assimilées à un matériau poreux.

Numerical study of a forced flow in a horizontal channel where the lower part is made up of sludges assimilated to a porous material

• Auteur / Autrice : Nidhal Ben Hassine
• Direction : Xavier Chesneau, Ali Hatem Laatar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 06/07/2017
• Etablissement(s) : Perpignan en cotutelle avec Université de Carthage (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Laboratoire d’Énergétique et des Transferts Thermiques et Massiques (Tunis)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Modélisation pluridisciplinaire et simulations (Perpignan)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Georges Le Palec, AmenAllah Guizani, Mounir Bouzaiane, Belkacem Zeghmati, Mohamed Afif El Cafsi, Philippe Bournot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Georges Le Palec, AmenAllah Guizani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Séchoirs solaires

Transfert de masse

Transfert de chaleur

Séchage

Boues d'épuration

Mots clés libres

Transferts de chaleur et de masse

Convection forcée

Séchage solaire

Boue d’épuration

Heat and mass transfers

Forced convection

Solar drying

Sewage sludge

Résumé

Le séchage des boues d'épuration est un problème environnemental actuel, qui n'est pas suffisamment décrit dans la littérature. Par conséquent, ce travail représente une étude numérique des transferts de chaleur et de masse lors du séchage solaire des boues d’épuration. Cette boue est assimilée à un milieu poreux et exposée à un écoulement laminaire de convection forcée à l'intérieur d'un canal horizontal. Les transferts dans le canal et le milieu poreux sont décrits respectivement par les équations classiques de la convection forcée et par le modèle de Darcy-Brinkman-Forchheimer. Une méthode implicite aux différences finies est utilisée pour discrétiser le système d'équations différentielles régissant les transferts. Les systèmes algébriques obtenus sont résolus en utilisant les algorithmes de Gauss, Thomas et Gauss-Seidel. Afin de déterminer la vitesse de séchage, nous associons à ces équations un modèle de cinétique de séchage. Ce modèle est basé sur le concept de la courbe caractéristique. Nous avons particulièrement étudié les effets des conditions climatiques et des conditions relatives à la boue sur les évolutions spatio-temporelles des nombres caractéristiques des transferts ainsi que sur la cinétique de séchage. Le travail est complété par des simulations en utilisant des données météorologiques réelles de la région de Tataouine au sud de la Tunisie. Ces données ont subi un traitement statistique à l’aide de la méthode de Liu et Jordan afin de déterminer la journée type de chaque mois. L’étude de rentabilité du séchoir a montré que la période estivale est la période optimale pour le séchage.

The drying of sewage sludge is a current environmental problem, not sufficiently described in the literature. Hence, the aim of this work is a numerical study of heat and mass transfers during solar drying of residual sludge. This sludge is assimilated to a porous medium and exposed to a forced convection laminar flow within a horizontal channel. The transfers in the channel and the porous medium are respectively described by the classic equations of forced convection and the Darcy-Brinkman-Forchheimer model. The implicit finite difference method is used to discretize the governing differential equation system. The algebraic systems obtained are solved using the Gauss, Thomas and Gauss-Seidel algorithms. To determine the drying rate, we associate a drying kinetics model. This model is based on the concept of the characteristic curve. We particularly studied the effects of climatic conditions (temperature, velocity and relative humidity of the ambient air as well as the solar radiation intensity) and the conditions relating to the sludge on the spatio-temporal evolutions of the transfers characteristic numbers as well as on drying kinetics. This work is completed by simulations using meteorological data from the Tataouine region in southern Tunisia. These data were statistically processed using the Liu and Jordan method to determine the typical day of each month. The rentability study of the dryer show that the summer period is the optimum period for drying.