CHARACTERIZATION OF TURBULENT REGIME BEHAVIOR IN THE DILUTE ZONE OF A CIRCULATING FLUIDIZED BED RISER

This study consists in characterizing the solid phase behavior in the dilute region of a circulating fluidized bed riser (CFB) for the turbulent regime (i.e. for superficial gas velocities U

Propagation et instabilité des chocs de porosité dans les suspensions liquide-solide

Sur la base d'un protocole utilisé par G.B. Wallis il y a plus de quarante ans, nous proposons une étude où nous mesurons la vitesse de propagation d'une discontinuité de porosité (front de décompaction) pour une gamme étendue de propriétés particulaires. Les objectifs atteints par ce travail sont doubles. Tout d'abord, il a permis de compléter la base de données de mesures disponibles dans la littérature qui est, sur ce point particulier, peu conséquente et ancienne. De plus, ce travail a permis de mettre en évidence deux types de comportements distincts que les modèles théoriques existants ne prédisent pas. En effet, en fonction des particules utilisées, nous avons observé soit la propagation d'un front de décompaction plan à vitesse lente, soit la déstabilisation de ce dernier (qui devient tridimensionnel et instationnaire) associée à une augmentation brutale de la vitesse de propagation. Sur la base d'une analyse à l'échelle du grain du phénomène de décompaction, nous proposons un ensemble de nombres adimensionnels qui expliquent qualitativement nos observations

Etude numérique du couplage acoustique d'un lit fluidisé avec ses conditions aux limites

Le but du présent travail est d'étudier, sur la base d'un modèle numérique Euler-Lagrange, la manière dont la dynamique d'un lit fluidisé gaz-solide peut être modifiée en fonction de son degré de couplage acoustique avec le système d'injection. Dans cette étude, les conditions d'entrée (pression et vitesse du fluide au bas du lit) prennent en compte les effets résistifs créés par le distributeur et capacitifs provenant du système de ventilation (plenum). Ce travail se concentre principalement sur la transition entre le régime à bulles multiples et le régime à bulle unique qui se produit pour des conditions d'injection différentes

Analyse de la structure de l’écoulement gaz-particules dans un lit fluidisé circulant par la PIV

Une étude expérimentale de l'écoulement gaz-particules dans une colonne à lit fluidisé circulant a été réalisé à l'aide de la technique de mesure PIV (Particle Imaging Velocimetry). Les vitesses axiales moyennes des particules et leurs écarts types ont été relevés sur trois hauteurs de la colonne de 0,5 m de diamètre et de 5 m de hauteur, et sont comparés aux résultats obtenus antérieurement à l'aide de la technique LDV (Laser Doppler Velocimetry) sur une colonne de même rapport d'aspect H/D. Ils sont en bon accord qualitatif. La technique de la PIV a mis en évidence l'existence de la structure coeur-anneau (flux de solide montant au centre et un autre descendant prés de la paroi) caractérisant l'écoulement dans le lit fluidisé circulant, avec une diminution de l'épaisseur de la zone annulaire en fonction de la hauteur. Ensuite, les vitesses axiales et transversales moyennes des particules et leurs écarts types ont été relevés et analysés pour une hauteur relative z/H = 0.35 et ceci pour trois masses chargées en particules, respectivement de 10, 25 et 40 kg. Ces résultats ont montré l'existence d'une zone de transfert de matière entre le coeur et l'anneau, où son épaisseur croît avec la masse chargée. Une augmentation en valeur absolue de vitesses axiales moyennes des particules est observée à la paroi en fonction de la masse chargée

Sédimentation de grains dans un système de rouleaux convectifs

The sedimentation of grains in a fluid layer convecting as a system of rolls is studied experimentally and numerically. Large grains (diameter 8 to 10 $\mu$m) accumulate along single lines at the bottom of the rising separatrices of the rolls. Small grains (2 $\mu$m) form double banks. This is correctly predicted by the numerical simulation.On étudie du point de vue expérimental et du point de vue numérique la sédimentation de grains dans une couche de fluide animée d'un mouvement convectif sous forme de rouleaux. Des grains de grande taille (de 8 à 10 $\mu$m de diamètre) s'accumulent sur le fond du récipient en formant des talus rectilignes aux pieds des séparatrices montantes des rouleaux. Des grains de petite taille (2 $\mu$m de diamètre) forment des talus doubles. La simulation numérique rend bien compte des observations

Evaluation d'un modèle de couche limite atmosphérique 3D dans un cas homogène (application à une parcelle agricole de soja)

Dans ce travail, un nouveau modèle de couche limite atmosphérique 3D appelé ENVImet (Bruse et Fleer, 1998) a été évalué en l'appliquant à une parcelle homogène de soja. Ce modèle comprend un schéma de surface multicouches prenant en compte le transfert radiatif dans le couvert et permettant de simuler les échanges d'énergie et de masse au voisinage de la surface ainsi qu'un schéma atmosphérique décrivant la turbulence dans la couche limite atmosphérique. L'originalité de ce modèle réside dans l'application des équations de la couche limite atmosphérique dans le couvert en prenant en compte des termes sources/puits. Les conditions initiales et aux limites de la température et de l'humidité de l'air ainsi que les conditions initiales de la température dans le sol ont été améliorées. Le transfert radiatif des courtes et des grandes longueurs d'ondes a été étudié de manière détaillée en comparant à des modèles déjà validés : le modèle SAIL (Verhoef, 1984) et celui de Prévot (1985). La turbulence dans la couche limite atmosphérique a également fait l'objet d'un diagnostic relativement approfondi en comparant à un modèle de couche limite déjà validé (Méso-NH). Au final, grâce à ces comparaisons, le modèle est capable de donner de bonnes estimations du rayonnement solaire absorbé par le couvert, mais aussi le rayonnement net. Les flux de surface, montrent des allures journalières satisfaisantes. Toutefois, le modèle reste problématique en terme d'estimation de la température de l'air du fait de certaines hypothèses qui nécessitent plus d'investigations.AIX-MARSEILLE1-BU Sci.St Charles (130552104) / SudocSudocFranceF

Etude des écoulements fluide-solide dans les lits fluidisés : simulation numérique et analyse des hétérogénéités

L'objectif de cette thèse est de contribuer à une meilleure compréhension des écoulements fluide-particules dans un réacteur à lit fluidisé. Pour cela, nous avons choisi de développer un code de calcul basé sur l'approche Eulérienne-Lagrangienne dans une configuration bidimensionnelle. Cette méthodologie simplifiée permet d'accéder aux grandeurs dynamiques des phases et suivre les trajectoires de chaque particule. Nous avons étudié deux cas distincts. Un premier, relatif à un écoulement diphasique fluide-solide pour une concentration de solide faible (<10%), porte sur l'analyse des hétérogénéités et des structures de clusters. Le second cas correspond à un état de lit fluidisé dense pour mieux comprendre la naissance des bulles et le comportement des hétérogénéités dans les lits fluidisés.The goal of this work is to contribute to a better understanding of gas-particle flows. We have developed a code based on the Eulerian-Lagrangian approach in a two-dimensional configuration. This method allows us to follow the trajectory of each particle in the riser in order to study the discrete behavior of the solid phase. We have investigated the gas-solid flow both in diluted and dense fluidized beds. In the first case, we studied the clustering behavior of the particles caused by hydrodynamics and modified by collision characteristics. In the second, we investigated a dense bed in order to get a better understanding of the bubble formation, which is linked to porosity perturbations within the bed.AIX-MARSEILLE1-BU Sci.St Charles (130552104) / SudocSudocFranceF

De l'imagerie 3D des structures à l'étude des mécanismes de transport en milieux cellulaires

Tres peu de travaux s'appuient directement sur la structure reelle des milieux cellulaires pour determiner l'impact de la structure sur les proprietes de transport. Les outils developpes lors de cette these ont permis une caracterisation fine de la geometrie des milieux cellulaires. Notre demarche s'appuie sur l'utilisation conjointe du logiciel d'analyse morphologique 3D developpe durant la these (iMorph) et d'outils numeriques de simulation des transferts de chaleur et de masse sur la base des geometries reelles obtenues par tomographie haute resolution. Le couplage de ces approches, et l'etude menee sur une large gamme de mousses metallique, nous a permis de degager les criteres geometriques pertinents pour la comprehension des proprietes de transferts (Ecoulement, conduction, radiatif). De plus nous estimons les volumes elementaires representatifs associes aux grandeurs geometriques comme aux proprietes de transfert. L'analyse locale de la phase solide des materiaux cellulaires nous a conduit a concevoir un algorithme de segmentation multi-objets (plaques, coques, poutres) base sur le calcul des moments locaux d'inertie. Enfin cette methode originale nous a permis de proposer une premiere classification d'os trabeculaires pour une aide au diagnostic de l'osteoporose.Few works deals with real geometry to study the impact of structure on transport properties of cellular material. Tools developed during this phd permit a precise geometrical characterization os cellular solids. Our approach is based on the combined use of the morphological analysis software 3D developed during the phd (iMorph) and numerical simulation of heat and mass transfer on real geometry obtained by X-ray tomography. With this approaches, and the study on a wide range of metallic foams, we identify the geometrical relevant criteria for the transport properties understanding (Conductivity, Fluid flow and Radiative transfer). Moreover we estimate Representative Volume Element for both geometrical and fluid flow properties. We developed a multi object segmentation algorithm based on local inertia moments. This original method allow a classification of a trabecular bone database based on the plate volume ratio.AIX-MARSEILLE1-Inst.Médit.tech (130552107) / SudocSudocFranceF

Contribution expérimentale à l'étude du comportement hydrodynamique de l'écoulement gaz-particules dans les lits fluidisés (régimes et mécanismes de transitions)

Le but de cette thèse est de caractériser le comportement de la phase solide marquant le régime turbulent dans la zone dilué d une colonne à lit fluidisé circulant et définir sa limite supérieure qui marque la transition au régime de fluidisation rapide. Une série d expériences ont été réalisé dans ce sens surtout pour déterminer les vitesses des particules et leurs écarts types en utilisant la technique laser doppler vélocimétrie. L étude est divisée en deux parties principales, la première a consisté à déterminer le comportement moyen de la phase solide et la structure macroscopique du lit ainsi que son comportement fluctuant à partir de l analyse du mouvement axial et transversal des particules avec et sans séparation des particules suivant leurs sens de mouvement (ascendante/ descendante, dirigée vers le centre de la colonne / la paroi). La deuxième partie a consisté d étudier la transition entre le régime turbulent et le régime de fluidisation rapide à partir de l analyse de l évolution des grandeurs moyennes et fluctuantes du lit localement au centre et en paroi (surtout les vitesses des particules, leurs écarts-types, et le taux de particules en circulation). Sur la base de ces observations nous avons défini un nouveau régime intermédiaire entre le régime turbulent et le régime de fluidisation rapide que nous avons appelé régime "Pré-fluidisation rapide" qui partage beaucoup de caractéristiques avec le régime de fluidisation rapide mais sans variation sensible sur le taux de solide récupéré en sortie.The aim of this thesis is to characterize the solid phase behavior marking the turbulent fluidization regime in the dilute zone of a circulating fluidized bed riser and set its upper limit, which marks the transition to the fast fluidization regime. A series of experiments were conducted in this direction, especially to determine the particle velocities and their standard deviations using laser Doppler velocimetry technique. The study is divided into two main parts, the first was to determine the average solid phase behavior and the macroscopic structure of the bed in this region and its fluctuating behavior from the analysis of axial and transversal particle motions with and without separation of particles according to their movement direction (up / down, directed toward the center of the column / wall). The second part consists of studying the transition between the turbulent and fast fluidization regime from the analysis of the evolution of mean and fluctuating flow quantities locally in the center riser and in the wall (especially the particle velocity, their standard deviations, and the particle flow rate). Based on the results observations, we have identified a new intermediate regime between the turbulent and the fast fluidization regime that we called "Pre-fast fluidization" regime which shares many characteristics with the fast fluidization regime, but without any significant change in the solid flow rate collected on the column exit.AIX-MARSEILLE2-Bib.electronique (130559901) / SudocSudocFranceF