Analyse expérimentale et modélisation du transfert de matière et du ...

Chapitre 4 : Simulation de l’hydrodynamique et du transfert de masse dans les écoulements de types zone de mélange diphasiquepic, comme sa position ne sont cependant pas en concordance avec les donnéesexpérimentales. On note ainsi un fort décalage transversal entre les profils d’énergieturbulente totale simulés et mesurés. Cela nous semble provenir de valeurs trop faiblesdes termes sources en énergie cinétique d’agitation.Afin d’analyser l’origine de ce décalage nous avons tout d’abord tracé sur les figures(4.51 et 4.52) les profils d’énergie cinétique turbulente k 0et de viscosité turbulente enx = 50cm pour les trois simulations. Les profils de la partie turbulente de l’énergiecinétique turbulente indiquent l’apparition d’un pic dans la zone de gradient de vitesse enrelation avec la production par les gradients de vitesse moyenne. Ce pic est plus importantdans la simulation ZDM2SIM2 et améliore la prédiction de l’énergie cinétique totale danscette zone. Si on constate bien qu’un maximum de k0est produit dans la zone cisaillée, etqu’il se renforce dans l’essai ZDM2SIM2 par rapport aux autres simulations (figure 4.51),ce pic reste cependant assez modéré. Cela est en lien avec les valeurs égalementrelativement peu augmentées de la viscosité turbulente par rapport à νt 0dans la zone deproduction de turbulence par le cisaillement (figure 4.52). Ces profils mettenteffectivement en évidence la contribution des interactions interfaciales dans lamodification de la structure de la turbulence par comparaison au cas monophasique. Dansla zone de fort taux de vide le montant de l'énergie pseudo-turbulente est important et laformulation (4.11) reproduit une augmentation de la viscosité turbulente diphasique.Celle-ci est alors de 2 à 3 fois νt0. Mais dans la région de fort cisaillement, la formulation(4.11) produit une atténuation de la viscosité turbulente par rapport à νt0. Cela limitedonc les mécanismes de production de turbulence par cisaillement. Mais, en l’absence demesures de cisaillement, il est difficile de conclure sur une éventuelle faiblesse du modèlede viscosité turbulente dans cet essai à fort taux de vide. D’autant plus que les écartsobservés entre les mesures et les valeurs numériques de k peuvent également provenir devaleurs trop faibles du terme source de l’équation de k S. Sur la figure 4.53 nous avonségalement reporté l’énergie cinétique pseudo-turbulente en différentes sections pourl’essai ZDM2SIM2. Ces profils sont marqués par un transport transversal important de kSet une diffusion assez faible. Dans sa version actuelle ce terme de production associé à lapuissance de la force de masse ajoutée est très faible. Ce terme pourrait être reformulésous une forme un peu différente et qui prendrait en compte la différence desaccélérations particulaires du liquide et du gaz. On pourrait ainsi écrire ce terme source :⎡dU⎤GiDULiC2M DC U ⎢ − ⎥⎛ ⎞MαRiau lieu de ⎜α UR ⎟ en considérant la puissance⎢ dt Dt⎣⎥2 Dt⎦⎝ ⎠développée par la force de masse ajoutée dans le mouvement relatif.Il resterait à voir si une telle expression pourrait donner des termes actifs dans la zone defrontière entre l’écoulement à bulles et l’écoulement monophasique, où des gradients146