Dynamique de décharge des silos : taille du système et forme des grains comme facteurs clés

Silo discharge dynamics: system size and grain shape as key factors

• Auteur / Autrice : Agathe Bignon
• Direction : Mathieu Renouf, Emilien Azema
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique, Génie Civil et Architecture
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 10/01/2025
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMGC - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Mécanique Théorique, Interface et Changements d’échelles (MeTICE)
• Jury : Président / Présidente : Pascale Aussillous
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mathieu Renouf, Emilien Azéma, Riccardo Artoni, Pierre Philippe, Franck Nicoud, Raùl Cruz Hidalgo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Riccardo Artoni, Pierre Philippe

Mots clés

Mots clés libres

Milieux divisés

Simulation numérique

Écoulement granulaire

Granular materials

Numerical simulation

Granular flow

Résumé

Les silos, essentiels pour le stockage et la manipulation des matériaux granulaires, sont au cœur de défis industriels et scientifiques majeurs. Cette thèse vise à améliorer la compréhension de la dynamique de décharge des silos en examinant deux hypothèses fondamentales de la loi de Beverloo, qui décrit la relation entre le débit de grain et la dimension de l'orifice du silo. Cette loi est généralement appliquée aux grands silos, en supposant que les effets des parois soient négligeables. Cette thèse remet en question cette hypothèse par des études expérimentales et numériques de la décharge des silos de différentes tailles. Les résultats montrent que la paroi du silo n'a aucun effet sur le débit lorsque le rapport entre le diamètre du silo et celui de l'orifice dépasse un certain seuil. De plus, la loi de Beverloo suppose que les grains sont sphériques, alors qu'en réalité, les grains sont souvent non sphériques. Cette thèse explore l'influence de la forme des grains sur la dynamique de décharge. À travers des simulations numériques en deux et trois dimensions, les résultats révèlent des comportements non-linéaires, montrant que les grains allongés peuvent s'écouler plus rapidement que les grains sphériques. Enfin, un modèle théorique est développé pour prédire le débit en fonction de la forme des grains et de la taille de l'orifice.

Silos, crucial for the storage and handling of granular materials, present significant industrial and scientific challenges. This thesis aims to enhance the understanding of silo discharge dynamics by examining two fundamental assumptions of Beverloo's law, which describes the relationship between flow rate and the dimensions of the silo's orifice. The law is typically applied to large silos under the assumption that wall effects are negligible. This thesis challenges this assumption through experimental and numerical studies on silo discharge across various system sizes. The results indicate that the silo wall has no effect on flow rate when the ratio of silo diameter to orifice diameter exceeds a certain threshold. Additionally, Beverloo law assumes that grains are spherical, although real grains are often non-spherical. This thesis investigates the influence of grain shape on discharge dynamics. Through two-dimensional and three-dimensional numerical simulations, the results reveal non-linear behaviors, indicating that elongated grains may flow faster than spherical ones. Ultimately, a theoretical model is developed to predict the flow rate as a function of grain shape and orifice size.