Étude expérimentale et numérique de l'hydrodynamique de l’écoulement dans un réacteur continu

par Khaled Oualha

Thèse de doctorat en Sciences de l’Ingénieur option Mécanique des Fluides

Sous la direction de Mounir Ben Amar et de Andrei Kanaev.

Soutenue le 13-12-2017

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis) , en partenariat avec Laboratoire des Propriétés Mécaniques et Thermodynamiques des Matériaux (laboratoire) et de Université Paris 13 (Etablissement de préparation) .

Le jury était composé de Khaled Hassouni, Christophe Colbeau-Justin.

Les rapporteurs étaient Imad Tawfiq, Ali Zaoui.


  • Résumé

    Au cours de ce travail de thèse, sur l'hydrodynamique de l'écoulement dans le un réacteur continu, où les propriétés des nanomatériaux élaborés dépendent des caractéristiques morphologiques et structurales de la solution colloïdale issue du réacteur, nous avons d'abord optimisé les conditions d'utilisation (Re ≈ 6000), ainsi que la géométrie du T-mélange dans le but d'améliorer la qualité du micro-mélange. Ensuite, des mesures expérimentales ont permis de vérifier que la condition de Damköhler est respectée (Da ≤ 1). Enfin, ce résultat a été validé numériquement. Au delà de cette valeur de Re critique (Re* ≈ 8000), nous avons mis en évidence le phénomène de cavitation dans le T-mélange. Ce phénomène à été étudié expérimentalement, par des mesures SLS, et numériquement par des simulations CFD. Les résultats obtenus par ces deux approches concordent. Enfin, des mesures DLS ont été effectuées pour étudier et caractériser les bulles de cavitation. Ces dernières ont permis d'évaluer la taille des bulles ainsi que leur trajectoire le long de l'axe Z à la sortie du T-mélange. Cette étude a été suivie par des simulations numériques de la cavitation et du modèle multiphasique dans notre écoulement. Les deux études, expérimentale et numérique, ont confirmé que la diminution de l'intensité de la lumière diffusée mesurée par SLS le long de l'axe Z est due à l'évolution du nombre et de la taille des bulles

  • Titre traduit

    Experimental and numerical study of the hydrodynamics of the flow in a continuous reactor


  • Résumé

    During this Phd work, on the hydrodynamics of flow in a continuous reactor, where the properties of the elaborated nanomaterials depend on the morphological and structural characteristics of the colloidal solution out coming from the reactor, we first optimized the conditions of use of the latter (Re ≈ 6000), as well as the geometry of the T-mixer in order to improve the quality of the micro-mixing. Then, experimental measurements allowed us to verify that the condition of Damköhler is respected (Da ≤ 1). Finally, this result has been validated numerically. Beyond this Re critical value (Re * ≈ 8000), we have highlighted the phenomenon of cavitations in the T-mixer. This phenomenon has been studied experimentally, by SLS measurements, and numerically by CFD simulation. The results obtained by these two approaches are in agreement. Finally, DLS measurements were made to study and characterize cavitations bubbles. These measurements allowed us to evaluate the size of the bubbles as well as their trajectory along the Z axis 121 at the outlet of the T-mixer. This study was followed by numerical simulations of the cavitations and the multiphase model in our flow. Both experimental and numerical studies confirmed that the decrease in the intensity of scattered light measured by SLS along the Z axis is result to the changes of the number and the size of bubbles.


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