Modélisation numérique eulérienne des écoulements gaz-solide avec plusieurs espèces de particules

Gaspar Patiño - Palacios

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
N° d'ordre : 2531 THÈSE présentée pour obtenir LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale : Transferts, dynamique des fluides, énergétique et procédés. Spécialité : Energétique et Transferts. Par Gaspar PATIÑO-PALACIOS Titre de la thèse Modélisation numérique eulérienne des écoulements gaz-solide avec plusieurs espèces de particules. Soutenue le 6 novembre 2007 devant le jury composé de : Mehrdji HEMATI Président Olivier SIMONIN Directeur de thèse Roberto ZENIT-CAMACHO Rapporteur Lounes TADRIST Rapporteur Isabelle FLOUR Membre

• écoulement polydisperse


• particules solides


• chambre d'injection monodisperse


• travail de thèse


• reproductibilité satisfaisante de la prédiction hydrodyna


• titre de la thèse modélisation numérique


• validation de façon satisfaisante


• gaz de particules

Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
• Publié le: 01 novembre 2007
• Nombre de lectures: 47
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

N° d’ordre : 2531 THÈSE présentée pour obtenir LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale : Transferts, dynamique des fluides, énergétique et procédés. Spécialité : Energétique et Transferts. Par Gaspar PATIÑO-PALACIOS Titre de la thèse Modélisation numérique eulérienne des écoulements gaz-solide avec plusieurs espèces de particules. Soutenue le 6 novembre 2007 devant le jury composé de : Mehrdji HEMATI Président Olivier SIMONIN Directeur de thèse Roberto ZENIT-CAMACHO Rapporteur Lounes TADRIST Rapporteur Isabelle FLOUR Membre

Résumé

La simulation des écoulements polyphasiques est actuellement un enjeu scien- tifique, industriel et économique important. L’objectif de ce travail est d’améliorer la compréhension via des simulations des écoulements à deux ou plusieurs phases dispersées et de proposer une contribution à la modélisation et caractérisation de son hydrodynamique. L’étude de systèmes gaz-solides fait appel à des modèles pour mettre en oeuvre l’influence des particules et les effets des collisions dans le contexte du transfert de quantité de mouvement. Ce type d’étude est abordé dans le cadre de ce travail de thèse. Les simulations réalisées avec le logicielSaturne_polyphasique@Tlsedans le cadre du programme de collaboration entre EDF-R&D et l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse ont permis de confirmer la faisabilité de l’approche CFD pour l’étude hydrodynamique de systèmes multiphasiques. Les étapes de validation concernent, d’une part, la mise en oeuvre de l’outil de simulation dans son état actuel pour réaliser des études de validation et de sensibilité des modèles et de comparer les résultats numériques avec les données expérimentales. D’autre part, le développement de nouveaux modèles physiques et leurs implantations dans le logicielSaturnepermettra l’optimisation du procédé industriel. Pour mener cette validation de façon satisfaisante, on aborde des cas de simu- lations clés, notamment la chambre d’injection monodisperse et la variation de la charge d’injection dans le cas d’un écoulement polydisperse, ainsi que lafluidisa- tion d’une colonne composée de particules solides. Dans ce dernier cas, on a abordé trois configurations de litsfluidisés denses, afin d’étudier l’influence du maillage sur les simulations ; ensuite, on simule l’opération d’un litfluidisé dense avec lequel on caractérise la ségrégation entre deux différentes espèces de particules. L’étude de l’injection des écoulements polydisperses présente deux configurations ; un écou- lement co-courant gaz-particule dans du gaz (Cas Hishida), et d’autre part, un écoulement polyphasique dans une configuration de type jet confiné avec des zones de recirculation et de stagnation (cas Hercule). Les calculs numériques ont été comparés avec les données expérimentales dispo- nibles et ont montré une reproductibilité satisfaisante de la prédiction hydrodyna- mique des écoulements multiphasiques.

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Abstract

The simulation of the multiphaseflows is currently an important scientific, industrial and economic challenge. The objective of this work is to improve comprehension via simulations of polydispersedflows and contribute the modeling and characterizing of its hydrodynamics. The study of gas-solid systems involves the models that takes account the influence of the particles and the effects of the collisions in the context of the momentum transfer. This kind of study is covered on the framework of this thesis. Simulations achieved with theSaturne_polyphasique@Tlsecode, developed by Electricité de France and co-worked with the Institut de Méchanique des Fluides de Toulouse, allowed to confirm the feasibility of approach CFD for the hydrodynamic study of the injectors and densefluidized beds. The stages of validation concern, on the one hand, the placement of the tool for simulation in its current state to make studies of validation and sensitivity of the models and to compare the numerical results with the experimental data. In addition, the development of new physical models and their establishments in the codeSaturnewill allow the optimization of the industrial process. To carry out this validation in a satisfactory way, a key simulation is made, in particular a monodisperse injection and the radial force of injection in the case of a polydisperseflow, as well as thefluidization of a column made up of solid particles. In this last case, one approached three configurations of densefluidized beds, in order to study the infl; then, one simulates the operationuence of the grid on simulations of a densefluidized bed with which one characterizes the segregation between two various species of particles. The study of the injection of the polydisperseflows presents two configurations ; aflow Co-current gas-particle in gas (Case Hishida), and in addition, a polyphaseflow in a configuration of the jet type confined with zones of recirculation and stagnation (case Hercules). Numerical calculations were compared with the experimental data available and showed a satisfactory reproducibility of the hydrodynamic prediction of the multi- phasicflows.

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A Linda y Kevin, mis dos inspiraciones, motivaciones, lo más amado y los verdaderos héroes de esta odisea.

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Remerciements

Je tiens tout d’abord à exprimer mes remerciements aux membres du jury, le président, les rapporteurs et les examinateurs, qui ont accepté à juger cette thèse.

Ma gratitude s’adresse vers Olivier Simonin, mon Directeur de thèse, qui m’a accueilli dans son magnifique groupe de recherche et m’a appris l’intérêt pour tout ce monde de la simulation numérique, ses modèles et ses théories.

Ce travail doctoral a été réalisé au sein du groupe Ecoulement et Combustion de l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse. Je suis très reconnaissant à tous ses membres, permanents ou temporaires en particulier à Georges Charnay, Gerard Couteau et Florence Colombies. Chacun d’entre eux détient une part dans la réussite de mon séjour à l’IMFT. Je tiens à exprimer ma sincère gratitude à Moïse Marchal qui a partagé avec moi de moments agréables ainsi qu’un bureau exemplaire par sa décoration.

Je tiens à remercier à tous mes collègues dans le groupe EEC pour me permettre d’échanger des points de vue si enrichissants : Marc, Jérôme, Hervé, Anne Gobin, Anne Arbeau, Olivier, Mathieu, Mamour, Pascal, Antoine, Julien, Ridwan, Vincent, Régis, Guillaume, Arthur, Vincent, Livier, ainsi que mes collègues qui maintenant développent ses projets de thèse.

Je remercie les services CoSiNus et Reprographie ainsi que le service Adminis- trative et le service Comptabilité de l’IMFT.

De même, je garde une pensée et un remerciement à mes parents Ana María et Alonso et mes frères Enrique, Nacho, Rocío et Francisco qui ont fait de moi tout ce que j’ai et tout ce que je suis.

Je tiens à faire part de ma plus profonde gratitude à Fernando, Carmen, Oscarín et María Elena qui m’ont partagé des moments magnifiques et l’ambiance chaleu- reux d’une famille, merci de tout mon coeur.

Los diamantes de gran valor que uno se encuentra en el camino : Maricarmen y

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Gabriel, Citlalih y Sergio, Antonino y Alejandra, Carole, Valérie et Yves, Mirella y Phillipe.

Je remercie infiniment à Roberto Zenit, Martine Lacoste et Catherine Colin qui ont trop contribué à la reussite de mon diplôme

Je remercie au Conseil Nationale de Science et Technologie du Mexique (CONA- CyT) pour la bourse soutenu pendant tout la durée de mes études. Du même, je remercie à la Société Française d’Exportation des Ressources Educatives (SFERE) pour l’intérêt et l’échange de la connaissance scientifique. De la même façon, toute ma reconnaissance et remerciements à la Facultad de Ingeniería Química de la Uni- versidad Autónoma de Yucatán pour le soutien inconditionnelle.

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