Analyse expérimentale et modélisation du transfert de matière et du ...
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Chapitre 3 : Expérimentation <strong>et</strong> résultatsChapitre 3 :Expérimentation <strong>et</strong> résultats3.1 Intro<strong>du</strong>ctionDans ce chapitre nous décrivons le dispositif expérimental ainsi que la métrologie utiliséepour explorer les écoulements diphasiques étudiés, avant d’abor<strong>de</strong>r l’analyse <strong>de</strong>s résultatsissus <strong>de</strong>s investigations expérimentales que nous avons menées. Ce dispositifexpérimental a été conçu pour réaliser <strong>de</strong>s écoulements diphasiques gaz-liqui<strong>de</strong> à bullesprésentant <strong>de</strong>s taux <strong>de</strong> vi<strong>de</strong> modérés (Larue <strong>de</strong> Tournemine, 2001). Il s’agitd’écoulements ascendants verticaux. On s'intéresse plus précisément dans ce travail àl’étu<strong>de</strong> <strong>du</strong> <strong>transfert</strong> <strong>de</strong> masse dans un écoulement turbulent diphasique eau-oxygène d<strong>et</strong>ype zone <strong>de</strong> mélange soumise à <strong>de</strong>s eff<strong>et</strong>s <strong>de</strong> flottabilité. C<strong>et</strong> eff<strong>et</strong> <strong>de</strong> flottabilité estobtenu en imposant un contraste <strong>de</strong> taux <strong>de</strong> vi<strong>de</strong> en entrée <strong>de</strong>s zones <strong>de</strong> mélange. Deuxcas d’écoulements contrastés ont été étudiés : une injection d’un faible débit d’oxygènedans la partie à faible vitesse d’une part, <strong>et</strong> une injection d’un fort débit d’oxygène dans lapartie forte vitesse d’autre part. L’installation perm<strong>et</strong> <strong>de</strong> couvrir les gammes <strong>de</strong>paramètres <strong>de</strong> fonctionnement suivantes : le taux <strong>de</strong> vi<strong>de</strong> moyen peut aller jusqu’à 25%,la vitesse moyenne <strong>de</strong> la phase continue est inférieure à 1.3 m/s <strong>et</strong> les bulles sont <strong>de</strong> taillemillimétrique. La métrologie adaptée pour mesurer les vitesses <strong>du</strong> liqui<strong>de</strong> estl’anémométrie thermique à film chaud. Elle perm<strong>et</strong> <strong>de</strong> décrire la phase continue : vitessemoyenne, vitesse RMS <strong>et</strong> moments statistiques d’ordre supérieur à 2. Le film chaud a étécalibré à l’ai<strong>de</strong> <strong>de</strong> l’anémométrie laser à eff<strong>et</strong> Doppler dans un écoulement monophasiquepuisque un faisceau laser ne peut traverser l’écoulement diphasique à cause <strong>de</strong>s multiplesréflexions aux interfaces <strong>de</strong>s bulles. Pour déterminer les caractéristiqueshydrodynamiques liées à la phase dispersée, nous avons utilisé une son<strong>de</strong> à fibresoptiques qui nous a permis d’obtenir le taux <strong>de</strong> vi<strong>de</strong> local, les vitesses <strong>de</strong>s bulles ainsi queleurs diamètres. Enfin, nous avons utilisé une microson<strong>de</strong> à oxygène pour déterminer lesconcentrations moyennes locales en oxygène dissous dans la phase continue.Ce chapitre contient <strong>de</strong>ux parties. Dans la première partie, on présente le dispositifexpérimental, la métrologie adoptée <strong>et</strong> le traitement <strong>de</strong>s signaux issus <strong>de</strong>s différentes54