Étude du micromélange dans les réacteurs chimiques en écoulement turbulent : évaluation des modèles de micromélange pour l'interprétation des données de la sonde chimique

par Cédric Durandal

Thèse de doctorat en Thermique, énergétique et génie des procédés. Thermique

Sous la direction de Hassan Peerhossaini.

Soutenue en 2007

à Nantes .


  • Résumé

    Ce travail a pour objectif d’interpréter la mesure du micromélange dans un réacteur chimique. La mesure du micromélange est effectuée par une injection locale et en défaut d’un réactif qui réagit avec son milieu environnant. Le résultat de cette réaction est qualifié par un taux de ségrégation révélateur de l’état du micromélange au point d’injection. Afin de donner une information quantitative de cette mesure en terme de temps caractéristique, il est nécessaire d’utiliser un modèle de micromélange. Quatre modèles de micromélange, reliant avec le moins de paramètres possibles le taux de ségrégation au temps de micromélange, sont sélectionnés. Une partie de ces modèles est déterministe, une autre, stochastique. Les modèles stochastiques sont simulés par une méthode de Monte-Carlo. Un dispositif générant une turbulence homogène et isotrope sans écoulement moyen, permet de valider expérimentalement ces modèles de micromélange, dans le cas particulier de la mesure du micromélange. L’écoulement a été caractérisé par vélocimétrie LASER. Les essais expérimentaux couvrent une turbulence allant d’un nombre de Reynolds basé sur l’échelle de Taylor de 10 à 47. Le système de réaction chimique utilisé est une réaction acido-basique (acide orthoborique) couplée à une réaction d’oxydo-réduction (réaction de Dushman). Les mesures de micromélange ont été réalisées avec trois séries de concentrations différentes afin de tester la sensibilité des modèles aux concentrations. Ces travaux ont permis de valider les échelles de l’écoulement turbulent qui régissent le micromélange ainsi que les limites d’utilisation des modèles de micromélange étudiés.


  • Résumé

    Micromixing strongly affects the molecular-scale contact of chemical species in numerous chemical reactions. Understanding the mechanisms governing micromixing lets us explain the relationships between the turbulence structure and the selectivity of the reaction. The micromixing models in the literature are of two sorts: stochastic models and deterministic models These models are essentially based on phenomenological considerations and on the properties of small-scale eddies related to the micromixing time. Micromixing can be quantified locally by analyzing the products of a local chemical reaction if this reaction is “fast” compared to the micromixing time. This so-called chemical probe method is used in the present work, following the Villermaux method on the [iodide/iodate] chemical reaction. An experimental measurement of micromixing is carried out in a homogeneous and isotropic turbulence. The Reynolds number based on the Taylor microscale varies from10 to 47. Three sequence of different concentrations are used for measuring the micromixing in order to evaluate the models. A numerical study is carried out here to compare the different micromixing models with the experimental results. In order to compute the concentrations, stochastic models are solved by using a Monte-Carlo method. This work validate the time scale of micromixing and specify the requirements for interpreting the chemical measure of micromixing with models.

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  • Détails : 1 vol. (168 p.)
  • Annexes : Bibliographie p. 139-143

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
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  • Cote : 2007 NANT 2109
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Nantes. Médiathèque.
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  • Cote : Th.2232
  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Technologies.
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