Analyse locale des échelles caractéristiques du mélange : application de la technique P.I.V. aux cuves agitées

par Stéphan Bugay

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Alain Liné.

Soutenue en 1998

à Toulouse, INSA .


  • Résumé

    La technique de mesure P. I. V (Particle Image Velocimetry) est une technique de mesure de champs de vitesses instantanées. Nous l’appliquons dans ce travail à l’analyse expérimentale du mélange dans les cuves agitées mécaniquement, opération unitaire que l’on retrouve dans la plus grande majorité des procédés des industries chimiques et agro-alimentaires. Nous présentons tout d’abord les traitements et validons l’analyse dans la géométrie simple que constitue une conduite cylindrique. Cette procédure expérimentale est en suite appliquée à l’analyse de l’écoulement turbulent généré par une turbine à écoulement axial Lightnin A0310. Nous commençons par donner une description spatiale tridimensionnelle complète des 3 composantes de la vitesse moyenne et des 6 composantes du tenseur de Reynolds. Nous analysons ensuite la structure de la turbulence générée par le mobile d’agitation à l’aide des outils que sont l’analyse par quadrants, les moments statistiques d’ordres supérieurs sur les fluctuations de vitesse et la représentation de l’état de la turbulence dans la triangle de Lumley-Newman. Nous finissons en déterminant le taux de dissipation grâce à la mesure des échelles spatiales caractéristiques de la turbulence rendue possible par la mesure de champs de vitesses instantanées dans un plan de l’écoulement.


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    Mechanical agitation is very often used by chemical engineers for operations such as blending, heat, mass transfer, … this is the subject of our work in which we analyse the mixing in stirred vessels with the use of Particle Image Velocimetry. P. I. V. Is a very recent technique, which enables the acquisition of instantaneous velocity vectors fields. The experimental data acquisition and treatment that are presented in this work were first validated by comparison to previous work in turbulent pipe flow. The experimental procedure and the treatment of experimental data are then used to analyse a mechanically agitated tank with an axial flow impeller (Ligthnin A310). This analysis gives a complete special 3D description of the 3 components of the mean velocity and of the 6 components of the Reynolds stresses. We have than studied the structure of the turbulence generated by such a turbine using quadrants analysis, high order statistics and Lumley-Newman diagram. It is important to highlight that one of the main advantages of P. I. V technique is to get instantaneous velocity vectors fields in a plane. Given statistical of such instantaneous velocity vectors fields, it is than possible to derive special two-point velocity correlation functions in order to deduce integral lengths scale of turbulence. Finally the dissipation rate of turbulence kinetic energy is estimated both in pipe flow and in agitated tank.

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Informations

  • Détails : 118 f.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 8f.

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 1998/477/BUG
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