Influence de la structure géométrique des médias filtrants sur leurs performances (efficacité et perte de charge) - Approches numérique et expérimentale

Influence of the geometric structure of filtration media on their performance (pressure drop and efficiency) – Experimental and numerical approaches

• Auteur / Autrice : Elise Cabaset
• Direction : Dominique Thomas
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des Procédés, des Produits et des Molécules
• Date : Inscription en doctorat le 16/11/2022
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LRGP - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Axe 1 - PERSEVAL - Procédés pour l'environnement, la sécurité et la valorisation des ressources

Mots clés

Mots clés libres

Filtration

Écoulement

Media fibreux

Aérosol

Simulation

Expérimentation

Cfd

Fibrous media

Filtration

Aerosol

Résumé

L'équipe SAFE travaille depuis de nombreuses années sur les performances des médias fibreux utilisés en filtration des aérosols. Des études numériques sur des structures fibreuses homogènes ont permis d'établir des corrélations d'efficacité unitaires par diffusion, interception ou inertie et de perméabilité fonction de la compacité et de la distribution granulométriques des fibres. L'objet de cette proposition de thèse porte, dans un premier temps, sur la validation expérimentale de ces corrélations sur des médias filtrants homogènes et parfaitement caractérisés géométriquement (en termes de distribution granulométrique de fibres, d'épaisseur, et de compacité). Un recours à la fabrication additive et/ou caractérisation poussée de médias filtrants commerciaux en termes de distribution granulométrique de fibres, compacité, épaisseur (ex : Tomographie) n'est pas à exclure. Dans un deuxième temps, il s'agira d'étendre les corrélations au cas des distributions bimodales de fibres. Dans un troisième temps, il s'agira d'évaluer l'influence des hétérogénéités de structures (compacité non homogène, micro perforation …) sur les performances initiales de filtration (perte de charge et efficacité). Pour ces deux derniers items, l'approche sera à la fois numérique et expérimentale. Le domaine d'application de cette étude concerne les filtres de ventilation, de protection individuelle (EPI) ou collective.

Since many years, the Safe Team is interested in the performance of filtration fibrous media used in aerosol filtration. Numerical studies on homogeneous fibrous structures have led to build correlations linking the single fiber efficiency by diffusion, interception or inertia, and the permeability as a function of the solid volume fraction and the fiber size distribution. The aim of the present thesis is, in a first time, to validate experimentally these correlations on homogeneous filtration media whose geometrical structure is perfectly characterized (in terms of fiber size distribution, thickness, and solid volume fraction). The use of additive manufacturing and/or fine characterization of commercial filtration media as far as fiber size distribution, solid volume fraction and thickness (for example thanks to tomography) might be considered. In a second time, these correlations will be extended to the case of bimodal fiber size distributions. In a third time, the influence of heterogeneities in the structure (non uniformity of the solid volume fraction, micro-perforations ) on the initial filtration performance (efficiency and pressure drop). Regarding the last two steps, the work will be performed both experimentally and numerically. The scope of this study concerns ventilation, personal or collective filters.