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

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