OATAO - Open Archive Toulouse Archive Ouverte Open Access Week

Etude analytique et numérique des efforts s'exerçant sur des particules cylindriques allongées.

Kharrouba, Mohammed. Etude analytique et numérique des efforts s'exerçant sur des particules cylindriques allongées. PhD, Dynamique des fluides, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2020

[img]
Preview
(Document in French)

PDF (Author's version) - Requires a PDF viewer such as GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
13MB

Abstract

La simulation numérique d’un lit fluidisé de particules cylindriques (catalyseurs) est complexe. Néanmoins, avec un modèle multi-Eulérien, la modélisation du réacteur est possible mais nécessite des lois de fermetures adaptées, notamment pour les efforts (forces et moments) hydrodynamiques. Ce travail vise à obtenir des expressions de ces efforts via la simulation numérique directe permettant la résolution des équations de Navier-Stokes tridimensionnelles. Deux configurations sont abordées : l’écoulement uniforme autour d’une particule cylindrique fixe et inclinée, et la rotation d’un cylindre dans un fluide au repos. L’étude de la première configuration permet de proposer des lois de forces de traînée, portance et de moment en fonction des paramètres adimensionnels gouvernant le problème (le nombre de Reynolds, le rapport de forme du cylindre et l’angle d’inclinaison par rapport à la direction de l’écoulement). La gamme de nombre de Reynolds balayée va des écoulements allant du régime visqueux aux premiers régimes de transition dans le sillage. Dans les régimes visqueux, nos résultats sont comparés à la théorie des corps allongés que nous modifions pour qu’elle soit valable aux petits rapports de forme. Une loi empirique est aussi proposée pour des nombres de Reynolds modérés, Re10. En régime inertiel, de nombreux types de sillages sont observés et sont cartographiés en fonction des paramètres adimensionnels. Pour toute inclinaison 0 à Re330, une paire de tourbillons contra rotatif est observée pour tous les rapports de forme étudiés. Dans ce régime, pour des Re assez grands, une zone de recirculation est observée sur la partie amont de la surface latérale du cylindre. Cette structure a une importante influence sur l'écoulement près du cylindre ainsi que sur la distribution des contraintes visqueuses sur la surface latérale. En augmentant l'angle d'inclinaison, des lâchers tourbillonnaires de type "épingle à cheveux à double orientation" sont observés dans le sillage du cylindre, avant qu'un autre régime apparaisse, se caractérisant par des lâchers de tourbillons de type "épingle à cheveux à orientation fixe" à des grands angles d'inclinaison. Une grande influence des sillages est constatée sur les efforts exercés sur le cylindre. Des modèles d'efforts basés sur nos résultats numériques sont proposés. Il s'avère que la force perpendiculaire à l'axe du cylindre suit une simple loi linéaire en fonction de l'inclinaison, tandis que la force axiale et le moment suivent des lois complexes dépendant des paramètres de contrôle. La deuxième partie de la thèse s’intéresse à la rotation uniforme d’un cylindre dans un fluide au repos, configuration jusque-là non étudiée dans la littérature. En régime de Stokes, nos résultats sont comparés avec la théorie des corps allongés valable pour des grands rapports de forme, et que nous prolongeons empiriquement pour les petits rapports de forme. En régime inertiel, une loi de moment est proposée, prenant en compte l'influence du rapport de forme et du nombre de Reynolds. Les contributions visqueuses au moment ont une décroissance en 1/Re comme le prédit la théorie de la couche limite. Par symétrie de l'écoulement, les contraintes visqueuses sur les deux disques du cylindre ne contribuent pas au moment total contrairement aux contributions de pression. Toujours dans ce régime, un seul type de sillage est observé : Il s’agit de deux paires de tourbillons contra-rotatifs générées aux deux extrémités du cylindre. Enfin, la zone de fluide perturbée par la rotation du cylindre est aussi examinée.

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution:Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Laboratory name:
Research Director:
Magnaudet, Jacques
Statistics:download
Deposited On:19 Oct 2021 09:13

Repository Staff Only: item control page