Modélisation numérique du comportement hydrodynamique d'un lit fluidisé

Abstract

Cette thèse porte sur l'étude numérique de la dynamique des écoulements gaz-solides de type Geldart D dans un lit fluidisé en mode slugging dans différentes configurations d'écoulement. Le but de ces travaux est d'améliorer la compréhension des phénomènes qui s'y déroulent afin d'optimiser les performances des procédés industriels confrontés à ces écoulements diphasiques. En effet, la diversité des échelles de longueur et les différents types d'interaction fluide-solide et solide-solide rencontrées dans ce type de configuration rendent cette catégorie d'écoulement particulièrement complexe et intéressante à étudier. Le modèle à deux fluides (TFM) utilisé à cet effet permet de travailler avec des maillages larges et des pas de temps plus importants, la phase continue et la phase dispersée sont considérées toutes les deux comme un milieu continu, la moyenne locale instantanée dans l'espace et le temps doivent être obtenus. Dans ce mémoire, nous présentons tout d'abord les origines physiques du phénomène de fluidisation et les grandeurs physiques qui le caractérisent. Puis nous détaillons le modèle Euler-Euler utilisé et présentons une série de tests de validation basés sur des comparaisons à des résultats expérimentaux, afin de confirmer la capacité du modèle à obtenir des solutions fiables et correspondant à la réalité. Cet outil numérique est ensuite employé pour étudier plus en détail le comportement des lits fluidisés en mode slugging afin d'en accroitre la compréhension. Enfin, les prédictions du modèle sur le Mécanisme de formation des slug, l'expansion du lit, l'évolution temporelles de la fraction volumique et la fluctuation de la chute de pression sont discutées en détail afin de démontrer le processus cyclique de la formation des slug (apparition, croissance, montée et éclatement du slug) dans les lits garnis de particules de type Geldart D.