Analyse expérimentale et modélisation du transfert de matière et du ...
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Chapitre 1: Intro<strong>du</strong>ction généraleconditions d’entrée, ce qui le situe à un niveau <strong>de</strong> complexité hydrodynamique inférieurpar rapport au comportement très complexe <strong>de</strong>s colonnes à bulles.A notre connaissance, il n’y a pas <strong>de</strong> données expérimentales locales accessibles dans lalittérature qui décrivent simultanément, <strong>et</strong> <strong>de</strong> manière détaillée, le développement <strong>de</strong>schamps hydrodynamiques <strong>et</strong> <strong>de</strong> concentration d’un scalaire dissous dans un écoulementturbulent à bulles. La première étape <strong>de</strong> ce travail <strong>de</strong> recherche a donc consisté à réaliser<strong>de</strong> nouvelles investigations expérimentales pour décrire le <strong>transfert</strong> <strong>de</strong> masse <strong>et</strong> lemélange en relation avec la structure <strong>de</strong>s champs <strong>de</strong> vitesses moyennes, fluctuantes <strong>et</strong> <strong>de</strong>schamps <strong>de</strong> présence <strong>de</strong>s phases.La secon<strong>de</strong> étape <strong>de</strong> ce travail a consisté à implanter dans une version <strong>du</strong> co<strong>de</strong> Melodif l<strong>et</strong>ransport d’un scalaire qui se dissout en phase liqui<strong>de</strong>. Ce co<strong>de</strong> a été initialementdéveloppé par O. Simonin, <strong>et</strong> un modèle à <strong>de</strong>ux flui<strong>de</strong>s pour les écoulements à bulles esttesté sur la base <strong>de</strong> Melodif à l’ENIT. Les simulations numériques <strong>de</strong>s écoulementsexplorés par voie expérimentale ont été menées. Nous discuterons ces résultats ainsi queleur niveau d’adéquation aux résultats expérimentaux. Nous pourrons ainsi juger <strong>du</strong>caractère prédictif <strong>du</strong> modèle, qui nécessite cependant d’adapter les lois <strong>de</strong> ferm<strong>et</strong>ure,notamment dans <strong>de</strong>s situations <strong>de</strong> taux <strong>de</strong> vi<strong>de</strong> élevé.Le mémoire est organisé comme suit.Au chapitre 2, une analyse bibliographique est présentée. Elle intro<strong>du</strong>it tout d’abord laformulation générale <strong>de</strong>s modèles Eulériens à <strong>de</strong>ux flui<strong>de</strong>s. Suit une discussion <strong>de</strong>s lois <strong>de</strong>ferm<strong>et</strong>ure <strong>de</strong>s <strong>transfert</strong>s interfaciaux <strong>de</strong> quantité <strong>de</strong> mouvement <strong>et</strong> <strong>de</strong> matière. Une revuebibliographique <strong>de</strong>s modèles <strong>de</strong> turbulence pour les écoulements diphasiques à bulles estensuite proposée. C<strong>et</strong>te revue m<strong>et</strong> l’accent sur le modèle <strong>de</strong> turbulence en phase liqui<strong>de</strong>qui a été développé à l’ENIT <strong>et</strong> que nous utilisons dans nos simulations. Enfin, nouscommentons les rares travaux <strong>de</strong> la littérature sur le mélange d’un constituant dans unécoulement à bulles.Au chapitre 3, nous décrivons tout d’abord les moyens expérimentaux que nous avonsutilisés. Nous rapportons ensuite les résultats expérimentaux obtenus <strong>du</strong>rant ce travail, <strong>et</strong>nous les discutons au vu <strong>de</strong> travaux antérieurs. Ces discussions font apparaître lesdifficultés que <strong>de</strong>vront prendre en compte les modélisations.Enfin, au chapitre 4, nous présentons <strong>et</strong> discutons les simulations numériques <strong>de</strong> <strong>de</strong>ux casd’écoulements contrastés. Ce chapitre perm<strong>et</strong>tra <strong>de</strong> préciser les avancées menées dans c<strong>et</strong>ravail, ainsi que les perspectives ouvertes.4