Mise au point d’une nouvelle méthode optique pour la mesure de concentration locales en phase liquide : application au mélange dans une cuve agitée

par Pascal Vacus

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Jacques Villermaux.

Soutenue en 1991

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    L’analyse bibliographique a révélé les limites atteintes tant en taille qu’en fréquence par les sondes de concentration conventionnelles, la spectroscopie de fluorescence apparaissant prometteuse. La théorie et l’étude des applications dérivées montrent qu’elle peut apporter la résolution spectrale, spatiale et temporelle indispensable à une mesure locale de concentration, et apporte un éclairage sur les problèmes rencontrés dans l’étude du mélange d’un traceur fluorescent en solution dans l’eau. Les éléments de l’installation expérimentale sont présentés, avec leurs réglages complets. Des bruits électriques ou mécaniques caractéristiques et leur remède, quand il existe, sont décrits. Le processus aléatoire d’absorption-émission mis en jeu pour la fluorescence du traceur dépend d’une statistique de Poisson : concentration locale et signal mesuré ne sont plus proportionnels, mais les relations liant leurs propriétés statistiques ont pu être établies, ainsi que le traitement du signal adéquat pour éliminer le bruit aléatoire polluant généré. Le mélange en continu dans une cuve agitée standard de 2 flux, l’un avec le traceur, l’autre non, fournit un champ turbulent de concentration fluctuante pour valider le capteur. Le traitement du signal fourni par la théorie s’avère convenable, et a permis d’étudier l’influence de la position, de la vitesse d’agitation, du temps de séjour et de la viscosité sur les intensités de ségrégation, densités spectrale, spectres de dissipation et fonctions d’autocorrélation. Il existe apparemment des valeurs minimales de la vitesse d’agitation et du temps de séjour pour lesquelles les fluctuations ne sont plus détectables. Les spectres adimensionnels réduits prennent une forme unique, comme le prévoit la théorie de la turbulence. La viscosité, tout en augmentant l’intensité de ségrégation, ne modifie pas les spectres, sans doute parce que le nombre de Schmidt est resté constant. Des perspectives d’amélioration sont envisagées


  • Résumé

    Litterature review showed the conventional concentration probes are now limited both in size and frequency cutoff. Fluorescence spectroscopy seemed promising. Theoretical basis and applications study explain how it can provide spectral, spatial and temporal resolution indispensable to improve local concentration measurements. Difficulties when studying the elements of the experimental setup are described with their complete adjustments. Characteristic electrical and mechanical noises and corresponding remedies, when existing, are give. The absorption-emission stochastic process involved by the fluorescence of the tracer appears to depend on a Poisson statistic : direct proportionality no more exists between local concentration and measured signal. But relationships between their statistical properties have been established, with the corresponding signal processing only able to eliminate the superimposed random noise pollution. The mixing of two feed streams in a standard continuous stirred tank, one with the fluorescent tracer, the other without, results in a turbulent fluctuating concentration field, used to validate the sensor. Theoretical predictions for the signal processing appear to be relevant. Effects of position, stirring speed, mean residence time and viscosity were studied on local intensity of segregation, spectral density functions, power dissipation spectra and autocorrelations. Minimum values for stirring speed or mean residence time seem to exist, above which fluctuations are no more detectable. Dimensionless reduced spectra take a unique shape, as predicted by the turbulence theory. Viscosity, while increasing segregation, seems no to influence spectra because the Schmidt number was probably not modified. Perpectives of improvement are suggested

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Informations

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  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 5.f. Résumé en français et en anglais

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  • Bibliothèque : Université de Lorraine. Direction de la documentation et de l'édition. BU Ingénieurs.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 1991 VACUS P.
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