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Conception Modélisation Procédés

Coincer la bulle…

"Étude des propriétés de transport et de mélange dans les écoulements à bulles"

Thèse d'Élise Alméras

Les écoulements à bulles interviennent dans de nombreux procédés industriels, notamment ceux du raffinage et de la pétrochimie, et dans des configurations variées de réacteurs (colonnes à bulles, cuves agitées, etc.). Leur dynamique complexe est encore mal connue, alors que la maîtrise du mélange est un enjeu essentiel pour l’optimisation de ces procédés.

Jusqu’à présent, aucun modèle n’était capable de prédire la dispersion d’un soluté au sein de ce type d’écoulements, et les ingénieurs n’avaient pour cela d’autre choix que de développer des corrélations empiriques coûteuses en expérimentation, dont l’exploitation présentait des risques d’erreurs pour la conception d’unités de grande taille.

Afin de distinguer et séparer les différents mécanismes responsables du mélange, la dispersion d'un traceur passif dans différentes configurations élémentaires expérimentales a été étudiée par les chercheurs d’IFPEN. À partir de ces résultats, un nouveau modèle physique prédictif de transport des espèces chimiques a été proposé(1). Basé sur les propriétés physiques des phases en présence, il fournit une évolution des cœfficients de diffusion prenant en compte la turbulence induite par les bulles.

Ce modèle a ensuite été directement intégré dans un outil de simulation numérique CFDa utilisé à IFPEN. Les résultats obtenus par simulation(2) sont en accord avec ceux obtenus expérimentalement dans des écoulements complexes mis en œuvre dans une maquette de plusieurs litres.

Ce travail ouvre des perspectives nouvelles quant à l’utilisation quantitative des outils numériques pour l’extrapolation de ces écoulements complexes lors du design des procédés concernés.

 

a - Computational Fluid Dynamics.
  
b - Configuration quasi-2D, d’épaisseur de l’ordre du millimètre.

 

Contact scientifique : cecile.plais@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 23 - Décembre 2015

Publications

  1. E. Alméras, F. Risso, V. Roig, S. Cazin, C. Plais, F. Augier, Mixing by bubble-induced turbulence, Journal of Fluid Mechanics, 2015, 776, 458-474.
    >>  DOI : 10.1017/jfm.2015.338
      
  2. E. Alméras, C. Plais, F. Euzenat, F. Risso, V. Roig, F. Augier, Scalar mixing in bubbly flows: Experimental investigation and diffusivity modelling, Chemical Engineering Science, 2016, 140, 114-122.
    >>  DOI : 10.1016/j.ces.2015.10.010

 

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