Contribution à la modélisation eulérienne de l'atomisation pour la pulvérisation agricole

• Auteur / Autrice : Abdelhak Belhadef
• Direction : Fabien Anselmet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique, physique, micro et nanoélectronique. Mécanique et physique des fluides
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Provence. Section sciences

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fragmentation

Modèles mathématiques

Turbulence

Pulvérisation et poudrage en agriculture

Pesticides -- Application

Résumé

La pollution de l’environnement par les pesticides reste une préoccupation sociale et environnementale importante. La diminution des pollutions repose sur la maîtrise de la taille et la vitesse des gouttes en sortie de buse. L’objectif principal de cette thèse est de développer une approche eulérienne afin d’estimer les caractéristiques initiales des gouttes produites telles que la taille et la vitesse à la sortie de buse. Le modèle eulérien d’atomisation considère l’écoulement diphasique d’un liquide et d’un gaz comme un écoulement turbulent d’un seul fluide avec une masse volumique variable, variant entre celle du gaz et celle du liquide pulvérisé. Une équation de transport pour la fraction massique liquide moyenne permet de décrire la dispersion du liquide dans la phase gazeuse. La turbulence est modélisée par une approche aux tensions de Reynolds (RSM) en résolvant les équations de transport de chacune des six composantes du tenseur de Reynolds. Par ailleurs, une équation de transport de l’interface volumique liquide/gaz est considérée. L’évolution spatiale des rayons et des vitesses des gouttes produites en sortie de buse est décrite en couplant l’équation de la fraction massique liquide moyenne et celle de l’interface volumique à celles de la conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de la turbulence. L’étude est faite avec le code de calculs FLUENT V. 12 en utilisant les Fonctions Définies par l’Utilisateur (UDF "User Defined Function"). Les résultats obtenus par le modèle indiquent la formation d’une nappe conique creuse constituée de grosses gouttelettes et la présence d’une zone de recirculation près de l’axe du spray constituée de gouttelettes plus petites, conformément aux expérimentations.

Pesticide environment pollution remains a significant social and environmental concern. The pollution reduction rests on the control of the drop size and velocity at the nozzle exit. The principal objective of this thesis is to develop an eulerian approach in order to estimate the initial characteristics of the drops produced such as the size and the velocity at the nozzle exit. The eulerian atomization model considers the two phase flow of a liquid and a gas as a turbulent single phase fluid flow with a variable mean density, varying between that of gas and that of spraying liquid. A transport equation for the mean liquid mass fraction allows to describe the dispersion of the liquid in the gas phase. Turbulence is modeled by Reynolds Stress Model (RSM) by solving the transport equations of each of the six components of the Reynolds tensor. In addition, a transport equation for the mean liquid/gas interface density is also considered. The space evolution of the drop radius and velocity at the nozzle exit is described by coupling the equation of the mean liquid mass fraction and that of the mean liquid/gas interface density to those of the mass conservation, the momentum conservation and turbulence. The study is carried out by FLUENT V. 12 using the User Defined Function (UDF). The results obtained by the model indicate the formation of a hollow conical spray made up of large droplets and the presence of a recirculation zone close to the spray axis made up of small droplets, in accordance with the experimentation.