Dissertations / Theses on the topic 'Vrac – Écoulement'

Cette étude s'intéresse au problème de l'écoulement de solides pulvérulents ou granulaires dans les trémies et à la prédiction d'un débit de vidange régulier. Elle procède expérimentalement à partir d'une nouvelle approche théorique proposée par Y. Molodtsof (1991) et vise à en confirmer la validité et à en préciser les modalités d'application. Pour cela, nous avons réalisé des essais d'écoulement gravitaire de divers matériaux granulaires (sable, polystyrène, billes de verre) dans un silo bidimensionnel à fond plat et à ouverture centrée variable. Par ailleurs, la loi utilise une contrainte résiduelle assimilable à la cohésion du produit. Pour la mesure de cette propriété, nous avons testé deux méthodes de mesure ex-situ (la cellule de cisaillement de Peschl et le lit incliné de Rietema). Ces deux méthodes ex-situ se sont avérées ne pas permettre facilement une détermination de la cohésion avec une précision suffisante. En revanche, la loi établie pour la vidange des trémies a été formellement confirmée et nous avons mis en évidence l'existence de deux configurations d'écoulement.

Ce travail porte sur l'étude du transport pneumatique vertical et incliné. A vitesse de l'air constante, les mesures de concentration en solides et débit de solides ont permis l'identification des régimes d'écoulement. Un organigramme des régimes d'écoulement a ainsi pu être établi. L'étude hydrodynamique de la suspension a permis de valider les résultats présentés par l'organigramme. Trois produits solides en vrac différents ont été transportés dans une conduite verticale et inclinée, d'un diamètre intérieur de 31,75 mm. L'influence, sur le comportement hydrodynamique de la suspension, de l'inclinaison de la conduite de transport d'un angle de 18 degrés par rapport à la position verticale, a été mise en évidence. Un phénomène de ségrégation selon la taille des particules a été observé. L'étude du transport incliné d'un mélange à deux populations de particules a été réalisée. Le comportement du mélange, ainsi que celui des composants à l'intérieur du mélange, a été défini à l'aide des données de concentration en solides, vitesse moyenne des particules et perte de charge.

Apres une revue bibliographique des investigations anterieures, les resultats de notre propre etude de la phase d'alimentation d'une installation de transport pneumatique sont rapportes. Trois alimentateurs gaz-solide parmi les plus couramment employes sont testes: deux injecteurs-venturis dont un dans le cadre d'une utilisation industrielle sur site et une ecluse rotative associee a un injecteur simple en te. Au laboratoire, ils ont ete l'objet d'etudes systematiques suivant differents modes de fonctionnement lors de l'introduction de plusieurs produits (ciment, microbilles de verre, cendres volantes, granules de polypropylene). Les multiples series de mesure de la pression ont offert la possibilite d'apprecier le comportement aerodynamique de l'ecoulement au sein de ces systemes en fonction des parametres d'utilisation (debit de solide et debit d'air) et de comprendre le fonctionnement des elements successifs qui composent ces singularites complexes. Nous avons pu determiner ainsi les coefficients de perte de pression globale dans ces alimentateurs et apprehender leurs conditions de fonctionnement optimales. La puissance et l'energie relative consommees pour l'injection des particules solides sont egalement calculees. Dans chaque cas, la grande influence des caracteristiques physiques des materiaux transportes est demontree. Concernant l'ecluse rotative, sa capacite debitant et surtout les fuites inherentes a son utilisation ont ete evaluees selon des conditions d'emploi reel. La realisation du melange au sein de l'injecteur qui lui etait associe a aussi ete etudiee. Enfin, pour le calcul des parametres de l'ecoulement dans un injecteur-venturi avec tube de melange, une approche theorique est proposee; cette methode globale, mais simple et precise, est basee sur l'utilisation de coefficients deduits de nos propres resultats experimentaux

Dans un diagramme d'etat de type zenz, le regime d'ecoulement discontinu gaz-solide se caracterise par de grandes fluctuations de pression et de faibles vitesses superficielles de la phase porteuse. Il se situe entre les regimes de saltation, les lits de particules mobiles et represente par consequent une famille d'ecoulements de type transitoire. De nombreux travaux ont ete consacres a la caracterisation fondamentale de ce regime en conduite horizontale et verticale, mais le cas des singularites reste a ce jour peu etudie. Ainsi, l'objectif des travaux presentes dans ce memoire est la mise en evidence du role des changements de direction sur l'organisation de l'ecoulement dans les circuits et la mise en uvre des hypotheses necessaires a la modelisation des efforts appliques aux coudes, au passage de l'ecoulement. Pour ce faire une premiere partie est consacree a la revue generale bibliographique dans laquelle on s'attache a mettre en evidence les proprietes principales caracterisant l'ecoulement discontinu gaz-solide en conduite droite ainsi que l'influence de la presence de changements de direction sur les ecoulements diphasiques. Une seconde partie apparait a la fois comme une analyse qualitative et quantitative du comportement de l'ecoulement au voisinage d'un changement de direction a rayon de courbure nul, place dans une configuration geometrique horizontale-verticale et en utilisant des techniques de visualisation. Cette partie de l'etude permet de formuler certaines des hypotheses necessaires a la modelisation des efforts provoques par le passage de l'ecoulement dans la singularite. Toutefois, devant les limites des techniques de visualisation, une derniere partie est consacree au developpement et a la validation d'une instrumentation specifique formant un systeme de detection et de reconnaissance des formes principales de l'ecoulement discontinu gaz-solide. Cette methode appliquee en conduite droite horizontale au voisinage de changements de direction a rayon de courbure constant, permet de mettre en evidence les principales proprietes de l'ecoulement qui sont confrontees aux resultats bibliographiques connus et aux resultats obtenus grace a l'instrumentation d'un site reel de grande longueur fonctionnant en regime discontinu et pour lequel les effets de singularites peuvent etre negliges. Enfin, une synthese est proposee pour mettre en evidence les modeles adaptables aux problemes poses par le passage de l'ecoulement dans les changements de direction et la contribution apportee par le systeme de detection est analysee.

L'aptitude à l'écoulement et l'aptitude à l'éboulement d'un matériau en vrac sont déterminées à travers des essais simples. Alors que leurs comportements en fonction de leurs états de consolidation initiaux sont décrits par le diagramme de Roscoe. L’étude théorique des vitesses d'écoulement des particules d'un matériau granulaire s'écoulant à l'intérieur de trémies convergentes est réalisée à partir d'une modélisation originale établie à l'aide des équations classiques de la mécanique des fluides. Les grains du matériau sont assimilés aux molécules du fluide dans lequel les collisions entre les particules sont inélastiques, contrairement à ce qui se passe dans un fluide classique. La validité de la modélisation est démontrée en comparant les champs de vitesses théoriques avec ceux mesurés lors de l'écoulement gravitaire de deux matériaux que sont les billes de verre et les petits pois secs. L’étude expérimentale a non seulement montré l'influence du frottement en paroi et de l'inclinaison des parois sur les vitesses, mais également les limites d'application du modèle. En effet, il y a une parfaite concordance entre les courbes théoriques et expérimentales lorsque l'écoulement est principalement soumis à des contraintes de cisaillement d'origine visqueuse

Cette thèse a pour objet l'étude expérimentale et numérique de l'écoulement de particules dans un empilement de sphères plus grosses. Un dispositif expérimental a été mis au point pour étudier la dispersion latérale et le temps moyen de séjour d'un paquet de particules dans un milieu poreux. Nous avons en particulier déterminé la dépendance du temps moyen de transit en fonction du nombre de particules en écoulement, de la taille des particules et de la hauteur du milieu poreux. Nous avons également caractérisé la dépendance du coefficient de dispersion latéral avec le nombre de particules transitant dans la structure poreuse. Dans un deuxième temps, nous avons développé des modèles de simulations numériques basés sur les méthodes « Event-Driven » et « dynamique moléculaire de sphères molles ». Ceux-ci nous ont permis de compléter l'étude expérimentale en analysant l'influence de divers paramètres supplémentaires. L'accès à l'intérieur du milieu poreux a permis une analyse plus fine de la dispersion des particules. Enfin, nous avons abordé la possibilité d'utiliser le phénomène de percolation spontanée pour réaliser un mélangeur. Grâce à l'outil numérique, nous avons réalisé et caractérisé des mélanges de particules de tailles différentes. Nous avons alors montré que ce procédé s'avère être un moyen simple et efficace pour obtenir des mélanges homogènes de particules
This work deals with experimental and numerical investigations on particles flow through a packing of larger spheres. We built an experimental device to study lateral dispersion and the mean transit time of a blob of particles through a porous medium. Particularly, we determined the dependence of the mean transit time on the number of particles, on particle size and on the height of the porous medium. We also characterized the dependence of the lateral dispersion coefficient on the number of particles moving in the porous structure. Then, we developed numerical simulation models based on « Event-Driven » and « molecular dynamic of soft spheres » methods. Those allowed us to supplement the experimental study by analyzing the influence of various additional parameters. The access inside the porous medium allowed a finer analysis of particles dispersion. Finally, we approached the possibility of using the spontaneous percolation phenomenon to produce a mixer. Thanks to the numerical tool, we carried out and characterized mixtures of particles of different sizes. We showed that this process proves to be a simple and effective method to obtain homogeneous mixtures of particles

La structure de l’écoulement établi d’un mélange gaz-solide en mouvement vertical ascendant a été expérimentalement étudiée dans une colonne à lit fluidisé à recirculation de 144 mm de diamètre intérieur et de 8 m de haut. Le solide utilisé est du catalyseur de cracking de 57um véhiculé par l’air atmosphérique. La colonne est alimentée en solide par l’intermédiaire d’une vanne en L. Les vitesses superficielles d’air ont été variées de 2 m/s jusqu’à 6 m/s, avec des concentrations volumiques qui atteignent 12%. Une sonde et une méthode de prélèvement ont été mises au point pour déterminer les profils radiaux de flux massique des particules. Cette méthode, qui s’affranchit de la condition d’isocinétisme strict des prélèvements, permet de mesurer à la fois les flux ascendant et descendant. Les mesures des profils de flux massique effectuées à des concentrations volumiques inférieures à 4% ont mis en évidence l’exixtence d’un régime des profils semblables qui avait été prévu théoriquement comme solution asymtotique des équations générales probabilistes des mélanges gaz-solide. Par ailleurs, ces mesures ont montré qu’au-delà de cette concentration il existe d’autres profils de flux massique qui se modifient avec l’augmentation du taux de charge, ce régime d’écoulement est appelé régime dense. L’allure des profils ainsi que leurs déformations avec la vitesse du gaz en écoulement dilué et avec la concentration en régime dense ont été examinées en détail. Enfin, des propriétés de la transition locale de régime ont pu être mises en évidence.

L'hydrodynamique et les caractéristiques thermiques d'un lit ruisselant de solides sur un faisceau tubulaire en présence éventuellement d'un contre-courant de gaz ont été étudiées. Les informations obtenues permettent une modélisation globale d'un échangeur à pluie de particules. Un exemple de dimensionnement d'une installation de refroidissement de charges solides a été traité. La trajectoire des particules dans l'échangeur peut être calculée dès lors que l'on connaît trois paramètres : le coefficient de frottement solides-solides, le coefficient de frottement paroi-solides et le coefficient de restitution tangentiel du choc des solides sur le tube. Différentes installations pour obtenir ces paramètres ont été utilisées. Le coefficient de transfert entre un lit ruisselant de solides et une paroi a été étudié sur un plan incliné de faible longueur. Il dépend principalement de la fraction volumique occupée par les solides au niveau de la paroi. Cette fraction volumique est une fonction de la vitesse des solides et du débit. Pour le transfert thermique sur un tube, on distingue deux zones d'échange : la partie supérieure du tube où les solides transfèrent directement leur chaleur au fluide caloporteur circulant à l'intérieur du tube, et la partie inférieure qui échange de la chaleur par convection du gaz et par rayonnement des solides. Les valeurs des coefficients d'échange pour différents solides et différentes conditions opératoires ont été obtenues. Un certain nombre de critères devant conduire à une configuration optimale de l'échangeur ont été dégagés
The hydrodynamic and thermal characteristics of solids raining through a tubular heat exchanger with or without the presence of a counter current flow of gas had been studied. A physical model was developed to predict the performance of raining bed heat exchangers. An example for designing a solids cooler was given to illustrate the calcu1ating procedures. The particles trajectories in the heat exchanger could be computed with the knowledge of three parameters : namely, the solids-solids friction coefficient, the solids-wall friction coefficient and the tangential coefficient of restitution on the tube. Various experimental set-ups had been designed to obtain these parameters. An inclined chute of short length was constructed to study the heat transfer coefficient between the flowing solids and the wall. The coefficient appeared to depend mainly on the solids concentration at the wall, which is a function of average velocity and mass flow rate of solids. On the heat exchanger tube surface, two different zones were observed. The raining particles exchange heat directly with the upper surface of the tube. Additional heat is exchange through gas convection and radiation on the remaining tube surface. Heat transfer coefficients were obtained for various types of solids under different operating conditions – Criteria for optimum design were proposed

Cette recherche s'était donnée comme objectif de caractériser l'hydrodynamique, en lit fluidisé circulant (LFC), de mélanges d'espèces particulaires se différentiant par la masse volumique et/ou la taille. L'installation expérimentale utilisée, d'échelle semi-industrielle se compose d'une colonne de transport de 8 m de haut, connectée à un système de recyclage des solides comprenant une vanne non-mécanique de réinjection (jambe en L). Une telle configuration permettait de contrôler indépendamment vitesse de gaz et débit de solide dans des gammes respectives de 3,3 à 6,6 m/s et de 0 à 200 kg/m2/s. Trois solides différents ont été utilisés : un sable (198 um ; 2650 kg/m3), un minerai de fer (83 m ; 5200 kg/m3) et un support de catalyseur de craquage catalytique (70 m ; 1200 kg/m3). L'étude s'est focalisée sur la zone dite établie de la colonne pour laquelle on a pu démontrer, qu'en plus d'une concentration uniforme de la suspension, la structure d'écoulement y était axialement invariante. Cette région apparut comme fragile puisque sensible a l'introduction d'une sonde de prélèvement servant à la détermination des flux locaux de solide. La réversibilité du phénomène a néanmoins montre que la structure d'écoulement perturbée tendait à se ré-établir. L'existence systématique de trois régimes hydrodynamiques a été confirmée pour tous les solides transportés : à taux de charge croissant, le premier est le Régime des Profils semblables (RPS), auquel succède ensuite le Régime de Transition (RT) puis le Régime Dense (RD). L'analyse des comportements en mélanges a mise en évidence une ségrégation radiale partielle des phases particulaires, se manifestant de façon inégale suivant les différences de masse volumique ou de taille, tout en étant étroitement liée aux caractéristiques propres de chacun des régimes. En retour, ces derniers ont été notablement affectes par le ratio de circulation des espèces. Cet effet s'est alors traduit par un abaissement significatif des conditions de transition de régime avec l'augmentation de la fraction de fines/légères particules.

Mesure par anémométrie laser des profils de vitesses des phases gazeuse et solide, des profils de concentration de la phase solide et des distributions statistiques des vitesses des particules. Simulation numérique. Élaboration du modèle pour les transferts cinétiques, basée sur l'écriture d'équations aux moments du second ordre

Ce travail est financé par le fond européen Interreg VA (projet "PowderReg"). L'optimisation du transport, du stockage et du mélange des dispersions granulaires passe par le contrôle de leur écoulement, par exemple en ajoutant des vibrations mécaniques. Ce travail permet d'apporter une meilleure compréhension de l'influence des vibrations sur la rhéologie apparente de dispersions granulaires modèles dans le régime quasi-statique. Des travaux expérimentaux et numériques sont réalisés afin de sonder les modifications de la dynamique locale ainsi que les hétérogénéités qui apparaissent lors de leur mise en écoulement. Deux géométries présentant des intérêts fondamentaux, géophysiques et industriels sont étudiées : la cellule de type Couette et le plan incliné. Dans un premier temps, des mesures iso-indice couplées à de la fluorescence induite par laser ont été réalisées sur des suspensions granulaires dans une cellule de type Couette sous vibrations. Les vibrations rendent la rhéologie locale en homogénéisant le système. Elles suppriment la contrainte seuil apparente et font apparaître un plateau Newtonien à bas gradient, intrinsèque à la dynamique locale qui est de nature diffusive. Il est apparu que le temps de réarrangement des particules, dépendant de l'intensité des vibrations, est relié au volume libre disponible autour de chaque particule. L'étude numérique de cette géométrie dans le cas d'une dispersion granulaire sèche a mis en évidence des résultats similaires. Dans un second temps, des écoulements de dispersions de grains secs sur un plan incliné vibrant ont été réalisés. Des travaux numériques sur cette même géométrie ont permis d'enrichir cette étude. Les résultats mettent en évidence l'existence de deux régimes sous vibrations. Le comportement dans le régime dominé par la gravité n'est pas influencé par les vibrations, et un profil de Bagnold est observé. Les vibrations permettent principalement de baisser la friction basale, influant alors la hauteur des dépôts. Dans le régime dominé par les vibrations, les écoulements sont déclenchés par les vibrations elles-mêmes. Il est apparu qu'elles induisent des fluctuations de vitesses, qui créées alors une température granulaire. Cette température permet d'activer les réorganisations à l'échelle de la particule, éliminant le seuil apparent responsable du blocage des écoulements et permettant leur contrôle au travers du taux de cisaillement
This work is funded by the European Founds Interreg VA ("PowderReg" project). The optimization of the transport, storage and mixture of granular dispersions involves their flow control, by adding mechanical vibrations, for example. The present work enables a better understanding of the influence of the vibrations on the apparent rheology of model granular dispersions in the quasi-static regime. Experimental and numerical studies were carried out in order to probe the modifications of the local dynamic and heterogeneities that appear during the flow. Two geometries, interesting for diverse applications in fundamental science, geophysics and industries, were studied: the Couette cell geometry and the inclined plane. In the first step, refractive-index matching technique, coupled to the planar laser induced fluorescence was used to make measurements in granular suspensions in a vibrated Couette cell geometry. Vibrations make the rheology local by homogenizing the system. They suppress the yield stress and result in the appearance of a Newtonian plateau at the low shear, intrinsic to the local dynamic, which is diffusive in nature. It appears that the rearrangement time of the particles, depending on the intensity of the vibrations, is linked to a free volume available around each particle. The numerical study of this geometry in the case of a dry granular dispersion shows similar results. In the second step, flows of dry granular dispersions down the inclined and vibrated plane were realized. This study was completed with a numerical work. The results demonstrated the existence of two distinct regimes under vibrations. The behavior in the gravity-driven regime is not affected by the vibrations and a Bagnold profile is observed. The vibrations mainly cause the decrease of the basal friction and thus influence the height of the deposits. In the vibration-driven regime, however, flows are triggered by the vibrations themselves. It appears that they induce velocity fluctuations that create a granular temperature. That temperature allows the activation of the reorganizations at the grain scale. This suppresses the apparent yield responsible for the flow jamming, and thus enables their control through the shear rate

La vidange de grains dans un silo est une application très présente en industrie mais aussi un cas typique d'écoulement de milieux granulaires encore mal compris. Faute d'une réelle compréhension fondamentale, l'optimisation de cette application se fait de manière empirique comme par exemple en appliquant des vibrations pour aider l'écoulement. Comprendre cet écoulement, et en particulier le lien entre le débit apparent et la dynamique de réorganisation des particules, permettrait une avancée théorique et ouvrirait des pistes d'optimisation pratiques de ces écoulements en configuration industrielle. Dans cette thèse, nous présentons les résultats de l'analyse de la vidange de milieux granulaires modèles (billes sphériques monodispersées) dans un silo quasi-2D soumis à des vibrations mécaniques. Des expériences et des simulations numériques par éléments discrets (DEM) ont été menées pour comprendre l'influence de la géométrie du silo, des propriétés des grains et des caractéristiques des vibrations. Deux régimes d'écoulement ont ainsi été mis en évidence, gouvernés par le nombre de Froude Fr et la fréquence relative Ω des vibrations. Dans le premier régime, une diminution du débit est observée lorsque l'on augmente l'intensité des vibrations. Ce comportement est expliqué par la mise en mouvement par les vibrations de zones précédemment à l'arrêt et une plus forte dissipation d'énergie. Dans le second régime, une augmentation du débit est observée lorsque l'on augmente l'intensité des vibrations. Ce comportement provient de la nature intermittente de l'écoulement, qui se fait sous la forme de jets de matière engendrés par la propagation d'onde de choc dans tout le silo. Dans un premier temps, nous proposons pour chaque régime une loi empirique permettant de rendre compte de l'évolution du débit à partir des différents paramètres. Dans un second temps, nous analyserons l’écoulement à l’échelle locale pour relier le débit apparent à la dynamique locale des particules à travers la rhéologie de l'écoulement
The discharge of grain in a silo is a common application in industry, but this typical granular flow is still not fully understood. Without a real fundamental understanding, the optimization of this application is done by empirical means, for example by applying vibrations to improve the discharge. Understanding the behaviour of this flow, and in particular the link between the apparent flow rate and the particle reorganization dynamics, would therefore allow a theoretical breakthrough and would open up practical ways of optimizing these flows in an industrial configuration. In this thesis, we study the discharge of model granular matter (monodisperse spherical beads) in a quasi-2D silo under the influence of mechanical vibrations. Experimental measurements and discrete element simulations (DEM) are performed to determine the effect of the geometry, particle properties and vibration characteristics. We evidence that vibrations make appear two distinct regimes, governed by the Froude number Fr and the relative frequency Ω of the vibrations. In the first regime, a decreased flow rate is observed when increasing the vibration intensity. This behavior is explained by the setting in motion, due to the vibration, of areas previously at rest and a higher energy dissipation. In the second regime, an increased flow rate is observed when increasing the vibration intensity. We find this behavior comes from the intermittent nature of the flow, with bursts of flow rate created by the propagation of shock waves all along the silo. As a first step, we propose for each regime an empirical law for the flow rate depending on the different parameters. Then, we studied the flow at the local scale in order to relate the apparent flow rate to local particle dynamics through flow rheology

Cette étude est menée dans le cadre du projet "PowderReg", financé par le programme européen Interreg VA GR dans le cadre de l'axe prioritaire 4 "Renforcer la compétitivité et l'attractivité de la Grande Région / Groβregion". La compréhension du lien entre l'organisation microscopique et le comportement de l'écoulement des poudres est une avancée majeure dans l'établissement de critères pour optimiser leurs propriétés de transport, de stockage et de traitement. Ainsi, une meilleure compréhension du comportement de l'écoulement des poudres évite aux industries d'énormes pertes économiques. Il est donc essentiel d'évaluer leur aptitude à l'écoulement. Ce travail consiste à étudier expérimentalement l'influence de la formulation des poudres, de la taille des particules, ainsi que l'influence des conditions environnementales telles que l'humidité sur les comportements d'écoulement des poudres. Cinq types de formulations ont été analysés: la bille de verre témoin a été utilisée comme poudre de référence et trois types de formulations de surface consistant en un enrobage hydrophile, hydrophobe et de lactose ainsi qu'une poudre de lactose agglomérée ont été préparés. Tout d'abord, l'influence de deux tailles différentes, 100 et 500 µm, sur le comportement d'écoulement des poudres a été analysée. Ensuite, le comportement de l'écoulement des poudres a été étudié avec différents équipements expérimentaux: FT4, Granutools et rhéomètre Discover HR3. Y compris différentes techniques, telles que la cellule de cisaillement, la compressibilité, l'angle de rotation du repos, etc. L'objectif était de déterminer le comportement des poudres dans différentes conditions de traitement. Les résultats ont montré que le passage d'une technique à l'autre peut modifier la classification de la fluidité des poudres. Comme les poudres subissaient des contraintes mécaniques différentes. Dans la dernière partie de cette thèse, nous avons observé l'influence impressionnante de l'humidité après 80 % sur le comportement d'écoulement de deux tailles différentes de billes de verre de contrôle (40 et 100 µm). Les perles de verre de petit diamètre ont montré une fluidité plus faible qui est due au plus grand nombre de contacts de surface de ces particules. De plus, la comparaison du comportement d'écoulement des billes de verre de contrôle et hydrophobes de taille 100 µm à un taux de cisaillement élevé a révélé la même fluidité pour les deux échantillons. Alors qu'à faible taux de cisaillement, les mesures par rhéologie vibratoire ont révélé une fluidité plus élevée dans les billes de verre de contrôle. La fluidité de la perle de verre témoin a diminué de façon spectaculaire après 80 % de contrôle de l'humidité, mais la perle de verre hydrophobe a conservé son comportement d'écoulement comme auparavant avec une très faible sensibilité à l'humidité. Enfin, l'influence de l'ajout d'une petite quantité d'eau sur le comportement d'écoulement de la bille de verre de contrôle a été étudiée
This study is conducted in the framework of the “PowderReg” project, funded by the European program Interreg VA GR within the priority axis 4 “Strengthen the competitiveness and the attractiveness of the Grande Région Groβregion”. Understanding the link between microscopic organization and powders flow behavior is a major step forward in establishing criteria for optimizing their transport, storage and processing properties. Whereby, better understating of powder flow behavior saves the industries from huge economic loss. Therefore, it is essential to evaluate their flowability. This work consists in experimentally studying the influence of powder formulation, particle size, as well as influence of environmental condition such as humidity on flow behaviors of powders. Five types of formulations have been analyzed: control glass bead has been used as reference powder and three types of surface formulations consisting of hydrophilic, hydrophobic and lactose coating as well as agglomerated lactose powder have been prepared. First, influence of two different sizes 100 and 500 µm on flow behavior of powders has been analyzed. Then, the powders flow behavior has been considered with different experimental equipements: FT4, Granutools and Rheometer Discover HR3. Including different techniques, such as shear cell, compressibility, rotating angle of repose, etc. The objective was to figure out the behavior of powders under different processing conditions. The, results reported that the transition from one technique to another can modify the classification of the powder flowability. Since the powders were experiencing different mechanical stresses. At the last part of this thesis, we observed the impressive influence of humidity after 80 % on flow behavior of two different size of control glass beads (40 and 100 µm). Small diameter glass bead showed lower flowability which is due to the more surface contacts of these particles. Furthermore, the comparison of flow behavior of control and hydrophobic glass beads with 100 µm size at high shear rate reported the same flowability for both samples. While at low shear rate measurements by vibrational rheology revealed higher flowability in control glass bead. The flowability of control glass bead decreased dramatically after 80 % of humid control, however hydrophobic formulated glass bead kept its flow behavior like as before with very low sensitivity to humidity. Finally, influence of addition of small quantity of water on flow behavior of control glass bead has been investigated

Ce travail de thèse rentre dans le cadre du développement de modèles multi‐échelles de simulation de colonne d’absorption gaz‐liquide pour des applications de captage de CO2 en vue d’optimiser leur design. Il est le fruit d’une collaboration entre IFP Énergies nouvelles et l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse. Les colonnes à garnissages représentent une technologie essentielle aux applications d’absorption gaz‐liquide. Dans les procédés de captage de CO2 aux amines, le solvant liquide s’écoule sur les parois du garnissage, idéalement sous forme de film ruisselant mouillant toute la surface disponible, le gaz, en régime turbulent, venant le cisailler à contre‐courant de manière à promouvoir un transfert de CO2 de la phase gaz vers la phase liquide. Un écoulement le plus homogène possible permet d’avoir les meilleures performances de transfert. Toutefois, l’expérience montre que des maldistributions, notamment de la phase liquide, peuvent apparaître même en cas de bonnes distributions en entrée de colonne. La distribution du liquide est régie par un phénomène de « dispersion » dont l’étude et la modélisation représentent le principal objet de cette thèse. Pour ce faire, ce travail de thèse s’appuie sur des travaux expérimentaux, réalisés sur une installation d’IFPEN à Lyon, et sur des travaux numériques réalisés dans l’équipe Interface de l’IMFT. Le premier axe de l’étude abordé a ainsi consisté en l’acquisition de données originales de distribution de liquide en partant d’une configuration d’alimentation sous forme d’un jet central en tête de colonne et ce pour deux types de garnissages métalliques : un garnissage structuré, le Mellapak 250.X et un garnissage vrac, l’IMTP. 40. La méthode de tomographie gamma a été mise en œuvre afin de mesurer l’atténuation d’un flux photonique par le liquide en mouvement ce qui permet d’établir des cartes de rétention locale de liquide sur une section de colonne. Les profils de rétention résultants ont été ensuite exploités afin de caractériser la dispersion de liquide dans le système pour des régimes d’écoulement allant des plus faibles aux plus fortes interactions gaz‐liquide. Ces résultats ont permis de développer un modèle simple d’advection diffusion faisant appel à un paramètre hydrodynamique clé qui est le « coefficient de dispersion », qui reproduit bien l’étalement du jet de liquide. Dans le cas du garnissage Mellapak 250.X nous avons pu mettre en évidence une dispersion qui est régie essentiellement par la géométrie du milieu
This work is done within the framework of collaboration between IFPEN and l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT). It takes place in the general context of optimization of industrial gas‐liquid packed columns dedicated to CO2 capture using multi‐scale simulation approach of hydrodynamics and transfer. The main objective of this study is to develop predictive model for liquid dispersion in two‐phase flows in packed beds operating in the counter‐current mode. This model will help simulate the flow at the macro‐scale of a packed column. Packed columns are widely used for gas/liquid absorption processes since they generate subsequent exchange surface between phases with limited pressure drop. In the particular case of amine process, the two‐phase flow in the packing consists in thin trickling liquid films sheared by counter‐current gas flow that circulates in communicating tortuous channels. It is widely recognized that homogeneous flow ensures good separation performances. This is far from being the case at industrial scale since maldistributions, especially for liquid phase, do occur even with optimized liquid and gas distributors in the column inlets. Liquid distribution results from “dispersion” phenomenon which modelling is not fully handled in literature. Prediction of liquid dispersion has been the main objective of this Ph.D. research. This study is based upon two main approaches: an experimental study carried out using a 40 cm in diameter column operating in IFPEN (Lyon) and a numerical study carried out in Interface team in IMFT. The first part of this research focused on measuring spatial distribution of liquid hold‐up over different sections of the packed bed using a gamma ray tomography system. In order to focus into liquid dispersion phenomenon, a point source liquid feeding configuration was considered. Hold‐up maps obtained from photonic flux attenuation measurements were then used to characterize liquid dispersion from a source point for both packings (Mellapak 250.X and IMTP. 40) using a relatively simple advection‐diffusion model