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THÈSE DE ZLATKO SOLOMENKO*, PRIX YVES CHAUVIN 2017

L'utilisation de colonnes à garnissages structurés est fréquente pour traiter les gaz acides (CO2 , H2S) contenus dans le gaz naturel. Elle devrait s’étendre à l’avenir au traitement et à la valorisation des fumées de combustion avec le développement de la filière captage/utilisation/stockage du CO2. Les garnissages sont également utilisés dans les procédés de distillation, la production de gaz, ou encore de purification du biogaz.

Dans ces colonnes, la phase liquide chargée de capter les gaz indésirables s’écoule sur les plaques de garnissage, dont la géométrie complexe maximise la surface d’échange. Afin de concevoir des géométries optimisées, les calculs d’hydrodynamique numérique doivent reproduire les phénomènes de mouillage. Ceux-ci impactent les écoulements de film liquide sur des surfaces complexes, du fait de l’apparition de zones sèches, et donc de « lignes de contact » (triphasiques), dont la dynamique est à prendre en compte. Une méthodologie CFD (Computational Fluid Dynamics) a été développée pour simuler ces écoulements liquides. Le mouillage étant dépendant de phénomènes à l’échelle nanométrique, et comme on ne peut résoudre numériquement les équations à cette échelle, il a été traité au travers d’un angle de contact dynamique, calculé à l’aide d’un modèle sous-maille(1). Les résultats ont été validés dans le cas d’une goutte glissante 3D (figure).

Des valeurs d’épaisseur de film et de vitesse interfaciale, obtenues au moyen de techniques spécialement mises au point, permettront de valider les calculs pour des plaques de garnissages structurés. Mesures et calculs seront ensuite reproduits sur un agencement de plusieurs plaques.
 

Simulation d’une goutte glissant sur un plan incliné menant à une instabilité capillaire
Simulation d’une goutte glissant sur un plan incliné menant à une instabilité capillaire

Cette nouvelle méthodologie CFD marque une étape clé dans le développement des modèles prédictifs pour les écoulements considérés. À terme, elle servira pour la conception de nouvelles géométries de garnissages, en vue d’améliorer les performances des contacteurs gaz/ liquide.

 


* Thèse intitulée « Étude des écoulements diphasiques et du mouillage dans les garnissages structurés »

(1)  Z. Solomenko, P. D.M. Spelt, P. Alix, J. Comput. Phys. 348 (2017) 151-170.
DOI: 10.1016/j.jcp.2017.07.011
 


Contact scientifique : pascal.alix@ifpen.fr

> NUMÉRO 31 DE SCIENCE@IFPEN