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

Chapitre 2: Modélisation à deux fluides de l’hydrodynamique et du transfert de masse dans les écoulements à bulles2.6 Transport de scalaire en milieu diphasique2.6.1 Etat des lieux en milieu diphasique' 'Le terme de transport turbulent du scalaire cLu Liqui apparaît dans l’équation de transportde la concentration (2.36) nécessite une modélisation. Dans une turbulence avec couplageinverse fort dû aux bulles, il n’y a pas, à notre connaissance d’expériences physiques ounumériques, qui permettent d’élucider les mécanismes de transport. En fait, il n’existeque quelques travaux essentiellement dans une turbulence induite par l’ascension d’unnuage de bulles sans turbulence préalable à l’injection des bulles.De rares expériences abordent les mécanismes de mélange dans des écoulements à bulles.On peut noter que dans un écoulement uniforme en présence de très faibles taux de videαG≅ 0.2% , Mareuge & Lance (1995) démontrent une efficacité de mélange remarquablegénérée par les bulles, ainsi qu’une anisotropie marquée du processus de mélange avec cefaible taux de vide. En effet, les auteurs montrent que le rapport entre la diffusiontransversale et la diffusion longitudinale est de l’ordre de 2. Au sein d’un nuage de bulleset à grand nombre de Schmidt, cette dispersion résulte de plusieurs mécanismes dont onpeut donner une description qualitative en suivant la description de White & Nepf (2003)pour un écoulement au travers d’un réseau des cylindres fixes. Au cours de son transportà travers le nuage des bulles, une molécule du scalaire va traverser des zonesd’écoulements différents : le scalaire peut être capturé par des zones de recirculationsinstationnaires proches des interfaces, avant d’être largué ultérieurement ; ensuite, il estégalement transporté dans le champs des vitesses aléatoires qui comporte à la fois dessillages moyens et des fluctuations interstitielles éloignées des bulles. Selon leursparcours différentiés au travers d’une distribution spatiale de perturbations contrastées,les molécules du traceur vont ainsi être dispersées.De nouvelles expériences qui étudient le mélange et le transfert de masse dans uneturbulence homogène, avec un taux de vide modéré 0.3≤ α G≤ 12%ont été menées àl’IMFT (Abbas, 2004). Ces expériences ont été réalisées sur le dispositif expérimentalque nous avons utilisé durant ma thèse. Et j’ai formé M. Abbas à l’utilisation desdifférentes techniques de mesures nécessaires à son étude. L’écoulement étudié esthomogène du point de vue hydrodynamique, mais un gradient de concentration enoxygène dissous dans l’eau s’y développe, en raison d’une injection particulière de deuxpopulations de bulles de gaz distincts : de l’air dans une première moitié de l’écoulementhomogène et de l’oxygène pur dans l’autre moitié. Du point de vue hydrodynamique, cesdeux populations de bulles sont identiques (diamètres et vitesses relatives identiques),ainsi une différence de flux d’oxygène vers la phase liquide entre les deux populations estengendrée par la différence de pression partielle d’oxygène dans la phase gazeuse. Dansces expériences, une base de données complète a été obtenue pour des fractions50