Etude par simulation numérique des écoulements turbulents réactifs dans les réacteurs d'oxydation hydrothermale : application à un réacteur agité double enveloppe

par Sandrine Moussière

Thèse de doctorat en Génie des procédés et physicochimie

Sous la direction de Pierrette Guichardon.

Soutenue en 2006

à Aix-Marseille 3 .

  • Titre traduit

    Reactive turbulent flow CFD study in supecritical water oxidation process : application to a stirred double shell reactor


  • Résumé

    L'oxydation hydrothermale est un procédé innovant de minéralisation des déchets organiques liquides qui utilise les propriétés de l'eau supercritique pour obtenir un mélange homogène du composé organique et de l'oxydant. Le réacteur étudié ici est un réacteur agité double enveloppe. Dans l'étape de nucléarisation, la simulation numérique s'est imposée pour connaître les champs de température dans le réacteur nécessaire à la conception des dossiers de sûreté. Dans un premier temps, la simulation numérique d'un réacteur tubulaire simple permet de valider l'hypothèse d'un fluide incompressible et l'utilisation du modèle de turbulence k-[oméga] pour représenter l'hydrodynamique d'un fluide supercritique. De plus, le modèle EDC s'est avéré aussi efficace que la cinétique chimique pour calculer la vitesse de réaction dans ce réacteur. Dans un second temps, l'étude de l'écoulement turbulent dans le réacteur double enveloppe agité permet de valider l'utilisation d'une géométrie 2D axisymétrique par rapport à une géométrie 3D pour le calcul des transferts thermiques malgré la géométrie complexe de l'agitateur. Il apparaît également que le mélange eau-air n'est pas monophasique dans la partie froide comme nous l'avions supposé pour simplifier le modèle. L'écoulement turbulent réactif est bien représenté par le modèle EDC après adaptation des conditions initiales. La vitesse de réaction dans le réacteur agité double enveloppe serait principalement contrôlée par le mélange des espèces et non par la cinétique.


  • Résumé

    Supercritical water oxidation is an innovative process to treat organic liquid waste which uses supercritical water properties to mix efficiency the oxidant and the organic compounds. The reactor is a stirred double shell reactor. In the step of adaptation to nuclear constraints, the computational fluid dynamic modeling is a good tool to know required temperature field in the reactor for safety analysis. Firstly, the CFD modeling of tubular reactor confirms the hypothesis of an incompressible fluid and the use of k-[oméga] turbulence model to represent the hydrodynamic. Moreover, the EDC model is as efficiency as the kinetic to compute the reaction rate in this reactor. Secondly, the study of turbulent flow in the double shell reactor confirms the use of 2D axisymetric geometry instead of 3D geometry to compute heat transfer. Moreover, this study reports that water-air mixing is not in single phase. The reactive turbulent flow is well represented by EDC model after adaptation of initial conditions. The reaction rate in supercritical water oxidation reactor is mainly controlled by the mixing.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (168 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 163-168

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  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille (Marseille. Saint-Jérôme). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 200068476
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