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Mécanique appliquée

Microstructure des milieux granulaires : du tas de sable au lit de catalyseurs

Les réacteurs catalytiques à lit fixe sont de grandes cuves dans lesquelles un fluide (liquide, gaz ou mélange) s'écoule à travers un lit de particules immobiles pour engendrer une réaction chimique à l'interface fluide/particule.

Divers phénomènes couplés entrent en jeu : de la cinétique chimique à l'échelle nanométrique jusqu'à la dynamique du procédé à l'échelle métrique. De plus, à une échelle intermédiaire, celle de la particule, la dynamique de l'écoulement dépend fortement de la microstructure du lit de particules ; cette microstructure dépend elle-même de la dynamique de remplissage du réacteur.

Pour comprendre le lien microstructure-écoulement-efficacité réactionnelle, IFPEN développe depuis plusieurs années ses propres outils de dynamique granulaire basés sur un code de calcul, Grains3D, qui permet de simuler l'ensemble des contacts inter-particules par une méthode d'éléments discrets. Ce code, totalement parallèle, permet de traiter des systèmes proches de l'échelle industrielle comportant plusieurs dizaines de millions de particules.

La spécificité de Grains3D est de traiter des particules non-sphériques et angulaires. Il permet donc d'accéder à de nombreuses données locales au cœur du lit telles que la porosité, l'orientation des particules non-sphériques, ou encore la tortuosité, et de qualifier la microstructure en termes statistiques (valeur moyenne, écart type, etc.).

GRAINS3D est un outil générique de dynamique des milieux granulaires, dont les applications sont multiples dans le domaine de l'énergie et au-delà (tambour tournant, effondrement de tas, avalanche, etc.).

 

Contact scientifique : abdelkader.hammouti@ifpen.fr 

Article paru dans Science@ifpen n° 13 - Juillet 2013

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