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Etude numérique du transfert de matière à travers l'interface d'une goutte sphérique en mouvement : mise en évidence des effets 3D.

Rachih, Azeddine. Etude numérique du transfert de matière à travers l'interface d'une goutte sphérique en mouvement : mise en évidence des effets 3D. PhD, Dynamique des fluides, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2019

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Abstract

L'étude du transfert de matière entre deux phases immiscibles, l’une étant dispersée dans l’autre,constitue une étape clé dans le développement et l'optimisation des procédés d'extraction parsolvant. Le caractère multiphasique et multi-échelles de ces procédés rend souvent leur étude très complexe. Aussi, une description fine à l'échelle d'une goutte isolée est un préalable indispensable à la compréhension du comportement des procédés mettant en jeu des nuages ou des populations de gouttes (de formes et tailles variées). Ce travail est consacré particulièrement à l'étude par simulation numérique directe de l'hydrodynamique et du transfert de matière couplés à travers l'interface d'une goutte sphérique, placée dans une autre phase immiscible enécoulement uniforme. Les équations complètes de Navier-Stokes et de transport de la concentration du soluté sont pour cela résolues, en coordonnées curvilignes orthogonales, par une méthode de volumes finis. Une attention particulière est portée à l'implémentation des conditions à l'interface liquide-liquide afin de correctement représenter le couplage des phénomènes internes et externes à la goutte. On s'intéresse dans cette étude au transfert sans réaction chimique d’un soluté extractible, de la goutte vers la phase continue. Nous avons conduit une étude de sensibilité paramétrique couvrant une large gamme de conditions opératoires(rapport de densité, viscosité, et diffusivité, coefficient de partage de soluté) sur la variation du nombre de Sherwood. Les résultats montrent que la structure du champ de vitesse dépend fortement du nombre de Reynolds et du rapport de viscosité. L'évolution du nombre de Sherwood révèle en outre une forte influence du coefficient de partage et du rapport de diffusivité, tant sur son évolution temporelle que sur sa valeur asymptotique. L'ensemble des configurations étudiées a permis de relier le nombre Sherwood global aux valeurs représentatives des problèmes detransfert interne et externe. Les résultats numériques montrent que le comportement axisymétrique typique des configurations à Reynolds interne/externe modéré (Re < 100), n'est plus valable au delà de Re=300. Dans ces conditions, les simulations mettent en évidence des bifurcations tridimensionnelles internes du champ de vitesse ce qui impacte fortement ladistribution spatiale de la concentration et ainsi la physique et la rapidité du transfert.

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution:Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Laboratory name:
Research Director:
Climent, Éric and Charton, Sophie
Statistics:download
Deposited On:24 Feb 2020 13:26

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