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Mécanique appliquée

Particule : Quo vadis ?

Qu'arrive-t-il à une particule solide dans un écoulement fluide ?

Quelques idées intuitives se révèlent exactes : si elle est petite, elle est transportée à la vitesse de l'écoulement ; si elle est seule, elle perturbe peu l'écoulement ; si sa température interne est égale à celle de l'écoulement, elle n'échange pas de chaleur avec ce dernier...

Mais quid des grandes particules, nombreuses, et dont la température est différente du fluide ?
La réponse est plus délicate.

En fait, les particules et le fluide échangent de la quantité de mouvement et de la chaleur. Ces échanges gouvernent la dynamique de l'écoulement particulaire, notamment la trajectoire des particules.

À ce jour, ces écoulements fluide/particules ne sont que partiellement compris, bien que présents dans de nombreux procédés industriels (réacteurs catalytiques) et phénomènes naturels d'intérêt pour le monde pétrolier (transport sédimentaire par exemple).

C'est pourquoi IFPEN s'est impliqué dans la modélisation numérique de ces écoulements et a développé son propre code de calcul PeliGRIFF (Parallel Efficient LIbrary for GRains In Fluid Flow).

Ce code intègre des modèles physiques à différentes échelles de description : micro, meso et macro, sachant toutefois que plus l'échelle est petite, plus les moyens de calcul nécessaires sont importants (jusqu'à plusieurs milliards d'inconnues et plusieurs milliers de processeurs).

Les dernières évolutions du code intègrent un modèle fluide/particules à l'échelle meso, un modèle de cinétique chimique à l'échelle micro (pour les aspects réactifs) et des schémas numériques en espace d'ordre 2 (précision accrue).

Les prochaines évolutions porteront principalement sur la capacité à traiter des particules de forme non convexe, et le couplage avec des outils de simulation à l'échelle nanométrique des réactions chimiques (dynamique moléculaire, DFT, Ab Initio).

 

Contact scientifique : abdelkader.hammouti@ifpen.fr 

Article paru dans Science@ifpen n° 14 - Septembre 2013

Publications

  • A. Wachs, Rising of 3D catalyst particles in a natural convection dominated flow by a parallel DNS method, Computers & Chemical Engineering, 2011, 35(11), 2169-2185.
     >> DOI: 10.1016/j.compchemeng.2011.02.013

Voir aussi
 + www.peligriff.com

 


 

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