Academic literature on the topic 'Mélangeurs convectifs'

Comprendre le comportement d'écoulement des poudres lors de l'agitation mécanique est crucial pour optimiser les processus de mélange dans les applications industrielles. Cette étude introduit la rhéologie μ(I), une loi rhéologique développée pour analyser la rhéologie des poudres dans les écoulements denses au sein d'un dispositif de mélange en laboratoire. Le cadre se concentre sur les interactions entre les pales et le lit de poudre, en abordant les défis de mesure de paramètres complexes des poudres tels que le coefficient de friction effectif µeff. La rhéologie μ(I), développée grâce à l'analyse dimensionnelle et à la visualisation des bandes de cisaillement, démontre de fortes capacités prédictives pour différentes configurations de poudres ayant des formes de particules similaires mais des tailles variées. Le cadre de la rhéologie μ(I) s'est révélé applicable à diverses configurations de systèmes agités et a posé les bases des premières études de mise à l'échelle incluant les caractéristiques des poudres. Les comparaisons avec l'équation de Hatano confirment la robustesse de la rhéologie μ(I), notamment pour les lits de poudre profonds. Les améliorations futures se concentreront sur le raffinement de l'évaluation de la largeur des bandes de cisaillement et la réévaluation des hypothèses de contrainte normale pour améliorer la précision du modèle. Cette recherche contribue à une compréhension approfondie de la dynamique des poudres dans les systèmes de mélange et soutient l'efficacité de la mise à l'échelle des processus industriels<br>Understanding powder flow behaviour during mechanical agitation is crucial for optimising mixing processes in industrial applications. This study introduces μ(I)-rheology, a novel rheological law developed to analyse powder rheology in dense flows within a laboratory mixing setup. The framework focuses on the interactions between paddles and the powder bed, addressing the challenges of measuring complex powder parameters such as the effective friction coefficient µeff. μ(I)-rheology, developed through dimensional analysis and shear band visualisation, demonstrates strong predictive capabilities across different powder configurations with similar particle shapes but varying sizes. The μ(I)-rheology framework proved applicable across various agitated system configurations and has laid the groundwork for initial scale-up studies that includes powder characteristics. Comparisons with Hatano's equation confirm the robustness of μ(I)-rheology, particularly for deep powder beds. Future improvements will focus on refining shear band width evaluation and reassessing normal stress assumptions to enhance model accuracy. This research contributes to a deeper understanding of powder dynamics in mixing systems and supports efficient scaling-up of industrial processes

Le travail mené dans le cadre de cette thèse porte sur l'étude de l'impact du rayonnement sur l'écoulement de convection naturelle dans une cavité contenant un mélange gazeux binaire dont un des composants rayonne dans l'infrarouge. Dans le premier chapitre, nous présentons les méthodes numériques utilisées. Elles s'appuient sur un modèle de rayonnement fondé sur la méthode des ordonnées discrètes (pour résoudre l'équation de transfert radiatif dans des conditions spectrales données) et le modèle SLW pour prendre en compte le spectre réel d'absorption du gaz tout en restant dans une approche compacte. Le module radiatif ainsi développé a été implémenté dans le code CFD AQUILON du laboratoire TREFLE (Bordeaux). Dans le deuxième chapitre, l'étude porte sur l'effet du rayonnement en convection de double diffusion dans une cavité contenant des mélanges air-CO2 ou air-H2O. Ici, l'air est traité comme gaz parfaitement transparent dans l'infrarouge et le polluant (CO2 ou H2O) est l'espèce absorbante. L'écoulement obtenu est généré par les forces de poussées d'Archimède lorsque le fluide est soumis simultanément à des variations de température et de concentration. Dans cette configuration, il existe un couplage direct entre les champs thermique et massique à travers les propriétés radiatives de mélange. En effet, les variations de concentration de l'espèce absorbante (CO2 ou H2O) modifient localement les propriétés d'émission-absorption du fluide et, par conséquent, influencent les sources et les flux d'origine radiative. Ce nouveau type de couplage induit un changement radical de la dynamique de l'écoulement et des transferts associés, notamment en affectant les conditions de stabilité. On montre en particulier que, dans les cas opposants, le rayonnement du gaz favorise le maintien d'instabilités thermosolutales, empêchant l'établissement d'une solution stationnaire. Dans le troisième chapitre, nous nous sommes intéressés à l'effet du rayonnement sur la convection naturelle turbulente dans une cavité remplie d'air à 50% d'humidité (cas représentatif d'une pièce d'habitation, par exemple). Il est tenu compte de la participation radiative de la vapeur d'eau. Les équations de conservation du mouvement et de l'énergie ont été traitées en régime turbulent par une approche LES, à un nombre de Rayleigh de l'ordre de 1,5×109. On montre que, même si la fraction molaire de gaz absorbant est faible (xH20 = 0,0115), le rayonnement de gaz influe sur la thermique et la dynamique de l'écoulement en particulier lorsque les dimensions de la cavité deviennent grandes. En particulier, la stratification thermique au centre de la cavité est atténuée.

Le travail présenté porte sur l'étude de la convection mixte en fluide binaire avec effet Soret (gradient de concentration induit par un gradient de température). La géométrie considérée est une conduite parallélépipédique, horizontale, chauffée par le bas. L'écoulement moyen est généré par un gradient de pression horizontal. Nous nous intéresserons à la naissance de structures thermoconvectives sous la forme de rouleaux transversaux 2D, perpendiculaires à l'axe de la conduite. Après avoir introduit les différentes notions de base et effectué une revue bibliographique, nous présentons le formalisme mathématique adopté. L'étude de la convection mixte en fluide binaire avec effet Soret est ensuite décomposée en trois parties : théorique, numérique et expérimentale. La partie théorique consiste en l'étude de la stabilité linéaire de l'écoulement de Poiseuille, linéairement stratifié en température et en concentration. Pour un mélange caractérisé par un nombre de Lewis élevé, un facteur de séparation négatif et pour de faibles valeurs du nombre de Reynols, nous retrouvons conformément à la littérature, à la naissance de la convection, la présence de deux branches de solutions correspondant à des rouleaux transversaux 2D se propageant dans le sens de l'écoulement moyen ou en sens inverse. D'un point de vue numérique, nous avons utilisé un code spectral pour détecter la naissance des rouleaux transversaux 2D. Nous avons également effectué des simulations numériques 2D et 3D avec le logiciel FEMLAB. Ces simulations nous ont permis de mettre en évidence les deux branches de solutions distinctes à la naissance de la convection mixte avec effet Soret, déterminées par l'analyse de stabilité linéaire. Enfin, nous avons mis au point un dispositif expérimental de PIV permettant la visualisation et la détermination du champ de vitesses des différentes structures thermoconvectives observables à la naissance de la convection dans des mélanges à facteur de séparation négatif.

Ce travail porte sur l'étude des mécanismes de mélange et dispersion d'un jet d'hélium dans une cavité semi-confinée remplie d'air. Ce phénomène est pris comme un cas modèle de l'injection d'un gaz léger dans un fluide lourd produisant un panache. Ce thème est en lien avec les questions de sécurité des systèmes basés sur l'hydrogène. Un modèle numérique a été développé combinant les conditions limites adéquates avec les équations de conservation de la masse (mélange et une espèce), de la quantité de mouvement, ainsi que la loi d'état et la variation des propriétés physiques en fonction du mélange. En premier lieu, le panache d'un mélange eau glycérol est considéré comme cas de validation par comparaison avec des résultats expérimentaux [Rogers &amp; Morris 09]. Le développement d'un panache axisymétrique est modélisé pour de grands nombres de Grashof et petit nombres de Reynolds d'injection. Un bon accord est obtenu pour la vitesse d'ascension du panache ainsi que le type et la forme de la tête. Une loi d'échelle modifiée est proposée prenant en compte le ratio de viscosité des deux fluides. Dans le cas du mélange hélium-air, une cavité 2D est tout d'abord considérée. Les lois d'échelle auto-similaires pour des panaches plans stationnaires en milieu infini avant impact avec le plafond [Gebhart et al. 88] ont été reproduites numériquement pour les profils de vitesse verticale et de masse volumique sur l'axe. Puis une cavité cylindrique a été considérée pour modéliser une expérience menée au CEA [Cariteau &amp; Tkatschenko 12]. Les résultats numériques sont comparés aux données des expériences et d'un benchmark numérique. L'effet de l'hypothèse d'axisymétrie a été mis en évidence<br>This study focuses on the understanding of the dispersing and mixing mechanisms of helium in air in a semi-confined cavity. This phenomenon is an example of a low-density fluid injected in a high-density ambient fluid which results in a buoyant plume. This is an important safety issue for all hydrogen-based systems. A numerical model has been developed combining the appropriate boundary conditions with the conservation equations for the mixture mass, species mass, momentum and the state law of the mixture as well as the variation laws of the physical properties. First a laminar starting plume of a glycerol-water mixture is considered as a validation test-case by comparison with experimental data [Rogers &amp; Morris 09]. The propagation of the axisymmetric buoyant-jet is modeled for large Grashof numbers and small injection Reynolds numbers. A good agreement has been found for the ascent velocity as well as the two types of head shape. A modified scaling law of the ascent velocity versus a modified Reynolds number is proposed to take into account for the kinetic viscosities of both fluids. For the helium-air mixture, a 2D planar air-filled cavity was first considered. The auto-similar scaling laws for steady plane plumes in unconfined environment [Gebhart et al. 88] have been reproduced for the vertical velocity and the density profiles along the vertical centerline, when considering moments before the plume impact on the top wall. Then a cylindrical container is considered to model the CEA experiment [Cariteau &amp; Tkatschenko 12]. Numerical results are compared to experimental data and to a numerical benchmark. The effect of the axisymmetry assumption is evidence

Ce travail porte sur l'étude de la thermodiffusion, ou effet Soret, par simulation numérique à l'échelle microscopique. Ce processus de transport croisé couple flux de masse et gradient thermique et est encore largement incompris. Pour cette étude, nous avons appliqué un algorithme de dynamique moléculaire hors équilibre à des mélanges de sphères de Lennard-Jones libres ou confinées. Après avoir testé la validité de nos simulations, nous avons montré que les résultats obtenus permettaient d'estimer la thermodiffusion dans ces fluides modèles à partir de corrélations simples sur les paramètres moléculaires. Cette démarche a été également validée sur des mélanges ternaires. Par ailleurs, les résultats de l'influence du milieu poreux sur la thermodiffusion ont montré la prépondérance des effets d'adsorption sur ceux liés au confinement. Cette influence restant faible dans la majorité des cas, exceptée pour les pores les plus fins et les plus attractifs<br>This work is related to the study of thermal diffusion, or Soret effect, through numerical microscale simulations. This cross transport process couples mass flux and thermal gradient and is still largely misunderstood. For this study, we have applied a non equilibrium molecular dynamics algorithm on mixtures of Lennard-Jones spheres. At first we have tested the validity of our simulations. Then we have shown that the results allow us to estimate the thermal diffusion in these model fluids thanks to simple correlations on molecular parameters. This scheme has been successfully applied on ternary mixtures as well. Elsewhere, results in porous medium have shown that the influence of adsorption on thermal diffusion process is predominant compared to the one of the geometrical confinement, this influence being generally weak, except in the thinnest and in the most attractive slit pores

Le stockage à long terme du CO2 est une stratégie clé pour atteindre les objectifs de l'Accord de Paris de 2015. Les processus post-injection de CO2 dans les aquifères salins doivent être compris afin d'améliorer l'efficacité et la sécurité du stockage. L'un des processus critiques est la dissolution convective, dans laquelle le CO2 se diffuse dans la saumure, provoquant une convection due à la poussée d'Archimède en raison des différences de densité. Malgré des processus physico-chimiques bien caractérisés, des questions subsistent sur la dissolution convective 3D du CO2. Ce travail vise à développer une méthode expérimentale utilisant la shadowgraphie pour étudier la convection dans des milieux poreux saturés transparents. L'objectif final est de mesurer la dissolution convective du CO2 dans une saumure à l'intérieur d'un milieu poreux constitué de billes de verre borosilicaté à l'aide de la shadowgraphie. Un défi particulier consiste à faire correspondre l'indice de réfraction du fluide saturant aux particules solides, ce qui rend l'eau impraticable avec les billes de verre. Nous avons mis au point une procédure d'adaptation de l'indice de réfraction en utilisant des fluides compatibles qui rendent le milieu poreux transparent. Nous avons testé des mélanges toluène/1-hexanol, thiocyanate de potassium (KSCN) et cyclohexanol/toluène. Avec un milieu poreux transparent saturé de mélange toluène/1-hexanol (76/24% en poids), un dispositif expérimental a été mis au point pour étudier la dissolution convective à l'aide de fluides analogues par shadowgraphie pour une analyse détaillée du mélange convectif. Une méthode de mesure de la vitesse à haute résolution pour les panaches convectifs a également été mise au point. Les résultats montrent que les différences de densité entraînant la convection affectent la vitesse du front convectif, ce qui est crucial pour prédire le mélange convectif dans les milieux poreux pertinents pour la séquestration du CO2. Une autre méthodologie expérimentale basée sur la shadowgraphie a été développée pour étudier la dissolution convective dans les milieux poreux transparents en utilisant du CO2. Ces expériences ont été menées entre 293,15 K et 298,15 K et entre 0,5 et 4 MPa. Afin de comprendre et d'expliquer les résultats, les propriétés thermophysiques des mélanges CO2+saturation ont (70 % en poids de cyclohexanol/30 % en poids de toluène) été déterminées à haute pression et à haute température. Les résultats indiquent que la pression d'injection du CO2 affecte de manière significative la vitesse de dissolution et le mélange convectif dans les milieux poreux transparents. La vitesse du front convectif des panaches augmente avec l'augmentation du nombre de Rayleigh avec une échelle super-linéaire, confirmant les résultats de l'étude de convection utilisant des fluides analogues miscibles. Enfin, nous avons effectué des simulations numériques directes en 2D et 3D pour mesurer les profils de concentration de CO2 et les flux de dissolution que nos expériences en laboratoire ne pouvaient pas fournir. Les résultats montrent que si les structures du panache diffèrent entre les scénarios 2D et 3D, l'étendue de la région mixte est comparable dans les deux cas. Nos résultats soulignent que le flux de dissolution dépend davantage du nombre de Rayleigh que de la dimensionnalité de la simulation numérique<br>Long-term CO2 storage is a key strategy for achieving the goals of the 2015 Paris Agreement. Post-CO2 injection processes in saline aquifers must be understood to improve storage efficiency and safety. One critical process is convective dissolution, in which CO2 diffuses into brine, causing buoyancy-driven convection due to density differences. Despite well-characterised physicochemical processes, questions remain about the 3D convective dissolution of CO2. This work aims to develop an experimental method using shadowgraphy to study convection in transparent saturated porous media. The final objective is to measure CO2 convective dissolution in brine within a borosilicate glass bead porous medium using shadowgraphy. A particular challenge is to match the refractive index of the saturating fluid to the solid particles, which makes water impractical with glass beads. We developed a refractive index matching procedure using compatible fluids that make the porous medium transparent. We tested toluene/1-hexanol, potassium thiocyanate (KSCN) and cyclohexanol/toluene mixtures. With a transparent porous medium saturated with toluene/1-hexanol (76/24 wt%) mixture, an experimental setup was developed to study convective dissolution using analogue fluids via shadowgraphy for detailed convective mixing analysis. A high-resolution velocity measurement method for convective plumes was also developed. The results show that density differences driving convection affect convective front velocity, which is crucial for predicting convective mixing in porous media relevant to CO2 sequestration. Another experimental methodology based on shadowgraphy was developed to study convective dissolution in transparent porous media using CO2. These experiments were conducted at 293.15 K to 298.15 K and 0.5 to 4 MPa. In order to understand and explain the results, the thermophysical properties of the CO2+saturation mixtures (70wt% cyclohexanol/30wt% toluene) were determined at high pressure and temperature. The results indicate that the injection pressure of CO2 significantly affects the dissolution rate and convective mixing within the transparent porous media. The convective front velocity of the plumes increases with increasing Rayleigh number with a super-linear scaling, confirming the finding from the convection study using miscible analogue fluids. Finally, we performed 2D and 3D direct numerical simulations to measure CO2 concentration profiles and dissolution fluxes that our laboratory experiments could not provide. The results show that while the plume structures differ between 2D and 3D scenarios, the extent of the mixed region is comparable in both cases. Our results emphasise that the dissolution flux depends more on the Rayleigh number than on the dimensionality of the numerical simulation

L'objectif de c e mémoire est d'apporter une contribution à la modélisation et la simulation numérique de la convection thermosolutale de mélanges binaires de gaz parfaits contenus dans des cavités. Un modèle a été élaboré en se basant sur l'approximation de faible compressibilité. Le premier chapitre précise la démarche suivie dans la modélisation et une formulation originale en est déduite afin de traiter les différents types de conditions aux limites et de conditions de références hydrostatiques analysés dans le mémoire. Les variations de masse volumique sont déduites de la loi des gaz parfaits et la pression thermodynamique est calculée à partir de la conservation de la masse totale. La méthode numérique repose sur la méthode des volumes finis mise en uvre sur des maillages décalés. Le couplage vitesse-pression est traité par un nouvel algorithme dont l'efficacité est discutée en détail. La démarche numérique est validée via des comparaisons avec des solutions de références, en régime stationnaire comme en régime transitoire pour des écoulements transitionnels. Dans la seconde partie du mémoire, on considère d'abord la convection thermosolutale dans une cavité rectangulaire verticale dans le cas où les écoulements sont induits par des gradients horizontaux de température et de concentration. On discute en particulier les limites de l'approximation d'extrême dilution. La condensation de vapeur d'eau et l'évaporation d'un film d'eau liquide sur les parois d'une cavité sont ensuite étudiées en régime transitoire. Ces changements de phase surfaciques sont associés à la convection naturelle dans une cavité dont les températures des quatre parois varient au cours du temps

La condensation de melanges non azeotropiques a l'interieur de tubes lisses horizontaux a ete analysee par une approche theorique ainsi que par une approche experimentale. Une etude bibliographique a permis de trouver des modeles physiques de calcul specifiques aux melanges. Cette etape a ete suivie d'une modelisation numerique des methodes decrites. Nous avons utilise egalement le logiciel de conception d'echangeurs a tubes et calandre cetuc, dans lequel ont ete introduites les differentes methodes de calcul des coefficients de transfert de chaleur a travers le film de condensat. Les codes de calcul qui ont fait l'objet de la simulation ont ete valides par des experimentations adaptees. L'accord entre les resultats theoriques et experimentaux est satisfaisant. Cependant une des theories utilisees (la theorie du film) rend mieux compte des resultats experimentaux

Cette recherche porte sur le couplage entre la thermodiffusion et la convection dans de nouvelles configurations géométriques et thermiques, en vue d'améliorer la séparation thermogravitationnelle des constituants d'un mélange. La séparation des espèces a essentiellement été obtenue dans des colonnes verticales sous gradient thermique horizontal. Nous avons montré dans cette étude, qu'il était possible de réaliser des séparations équivalentes en configuration de Rayleigh-Bénard, dans une cellule horizontale soumise à un gradient thermique de composante horizontale linéaire et de composante verticale constante et pour des cellules inclinées chauffées par le bas ou par le haut. L'action des vibrations de hautes fréquences et de faibles amplitudes nous a permis d'élargir la gamme de variations des paramètres physiques en vue d'accroître la séparation. Les résultats analytiques, numériques et expérimentaux obtenus sont en bon accord<br>In the present work, the coupling between thermo-diffusion and convection in new thermal and geometrical configurations was studied in order to improve the thermo-gravitational separation of mixture components. The thermo-gravitational separation phenomenon has been essentially studied in vertical columns subjected to horizontal temperature gradient. It was shown in this study that it is possible to obtain an equivalent level of separation in the Rayleigh-Bénard configuration, in a horizontal cell subjected to a thermal gradient with a linear horizontal component and constant vertical component and in inclined thermo-gravitational cell. High frequency and small amplitude vibrations enabled us to increase the level of separation in the Rayleigh-Bénard configuration for a larger range of physical parameter variations. The analytical, numerical and experimental results are in good agreement