Investigation sur les écoulements des matériaux granulaires dans un milieu confiné

Investigation into the flow of granular materials in a confined environment

• Auteur / Autrice : Samira Laidaoui
• Direction : Pascale Aussillous, Mohammed Djermane, Blanche Dalloz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique et physique des fluides
• Date : Soutenance le 14/12/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille en cotutelle avec Université Tahri Mohammed de Béchar
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut universitaire des systèmes thermiques industriels, IUSTI (Marseille) - FIMAS (Université Tahri Mohammed, Algérie)
• Jury : Président / Présidente : Belkacem Draoui
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lahouari Adjlout, Cendrine Gatumel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bachir Imine, Philippe Claudin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Milieux granulaires

Rhéologie

Dynamique des fluides

Mots clés libres

Milieux granulaires

Vidange de silo

Granular media

Silo discharge

Résumé

L'objectif de cette thèse est de comprendre comment la présence d'un obstacle proche de la sortie d'un silo modifie le débit de vidange. La thèse repose sur une approche expérimentale avec des mesures de débit massique et de champs de vitesse et le développement d'un modèle analytique permettant de prédire le débit. L’observation de l’écoulement autour de l’obstacle suggèrant que celui-ci correspond à deux bras sortant chacun d’un coin. Sur un silo à fond plat, la position de l'orifice a été modifié du centre du silo à son extrémité, montrant que la position du trou n'a pas d'influence sur le débit sauf sur le bord collé à la paroi latérale du silo. Dans ce cas, le profil de vitesse est modifié, les grains glissent à la paroi. Puis, une étude a été menée sur une vidange sur le côté. Dans ce cas nous avons montré que les profils de vitesse sont modifiés et dépendent de l'épaisseur du silo qui contrôle l'angle d'inclinaison des lignes de courant. Ces résultats sont en adéquation avec la littérature dans laquelle cette configuration a été étudiée numériquement. Dans la cas où le trou de vidange se trouve dans le coin inférieur du silo, nous avons proposé une loi de débit prenant en compte l'inclinaison du trou, la taille du trou ainsi que l'épaisseur du silo. Nous avons montré le rôle de la taille des particules. En présence de l'obstacle, nous avons montré que celui ci n'avait pas d'influence sur le débit lorsque il est positionné à une hauteur supérieure à la taille du trou. La présence de l'obstacle diminue significativement le débit. En se basant sur l'étude pour un trou en coin, nous avons proposé un modèle analytique prédisant le débit en présence d'un obstacle

The objective of this thesis is to understand how the presence of an obstacle near the orifice of a silo modifies the flow rate. The thesis is based on an experimental approach with mass flow and velocity fields measurements, and the development of a physical analytical model which predict the flow rate. The observation of the flow around the obstacle suggests that the flow corresponds to two arms both coming out of a corner. On a silo with a flat bottom. The position of the discharge orifice has been changed from the centre of the silo to its end, showing that the position does not affect the discharge rate except when the orifice is on the outer wall of the silo. In this case, the velocity profile is modified, the grains slide at the wall. Then, a study was conducted on a discharge on the lateral side. In this case we have shown that the velocity profiles are modified and depend on the thickness of the silo that controls the angle of inclination of the streamlines of the flow. When the discharge orifice is located at the corner of the silo, we have proposed an empirical law for the flow rate taking into account the role of the inclination of the orifice, the size of the orifice as well as the thickness of the silo. We have also discussed the role of the particle size. In the presence of the obstacle, we have shown that the obstacle had no influence on the flow when it is positioned at a height greater than the size of the orifice. Close to the orifice, the presence of the obstacle significantly reduces the flow rate. Based on the study for a corner orifice, we proposed an analytical model that predicts the flow rate in the presence of an obstacle.