Bubble hydrodynamics and mass transfer in complex media

par Feishi Xu

Thèse de doctorat en Genie des procedes et de l'environnement

Sous la direction de Nicolas Dietrich, Arnaud Cockx et de Gilles Hebrard.

Soutenue le 19-04-2019

à Toulouse, INSA , dans le cadre de École Doctorale Mécanique, Énergétique, Génie civil et Procédés (Toulouse) , en partenariat avec Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés (laboratoire) et de Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés / LISBP (laboratoire) .

Le jury était composé de Nicolas Dietrich, Arnaud Cockx, Gilles Hebrard, Mahmoud El hajem, Huai zhi Li, Véronique Roig, Olivier Bremond, Sylvie Gillot.

Les rapporteurs étaient Mahmoud El hajem, Huai zhi Li.

  • Titre traduit

    Hydrodynamique et transfert de matière des bulles en milieux complexes


  • Résumé

    La connaissance du comportement hydrodynamique et du transfert de matière de la bulle est importante car elle fournira des indications pour la sélection des conditions de fonctionnement et la conception du réacteur dans de tels processus. Cette thèse a réalisé une étude expérimentale pour les bulles d’air isolées en ascension dans diverses solutions de polymères (Breox, Polyacrylamide (PAAm) and Xanthan gum) qui peuvent simuler les propriétés des eaux usées. Les travaux sont divisés en trois parties: Tout d’abord, en dressant l’état de l'art sur les techniques de visualisation pour le transfert de matière, trois techniques ont été testées pour les bulles d’air (diamètre équivalent ≈ 1 mm) en ascension dans l'eau, notamment la fluorescence induite par plan laser (PLIF, fluorophore: résorufine fluorescente), la PLIF avec inhibition (fluorophore: complexe de ruthénium) et techniques colorimétriques (colorant: résorufine rose), respectivement. Par la suite, sur la base des images capturées par une caméra haute vitesse, le comportement hydrodynamique des bulles d'air (diamètres équivalents: 0,7 à 7 mm) s'élevant dans les solutions de polymères (PAAm et Xanthan) a été étudiée, notamment la vitesse, la trajectoire et la forme de la bulle. Enfin, appliquant la technique PLIF-I, les phénomènes de transfert de matière et de diffusion dans le sillage de bulles d'air (diamètre équivalent 1 ≈ mm) dans différentes solutions aqueuses de polymères (PAAm et Breox) ont été étudiés.


  • Résumé

    The knowledge on the hydrodynamic property and mass transfer of bubbles is important since it will give guidelines for selecting the operation condition and for reactor design in such processes. For this purpose, this PhD manuscript has implemented an experimental investigation of single air bubbles rising in various polymer solutions (Breox, Polyacrylamide (PAAm) and Xanthan gum) which can simulate the property of the sewage. The works can divided into three parts: Firstly, with a review of the current visualization techniques for mass transfer, three techniques have been tested for air bubble (equivalent diameter ≈ 1 mm) rising in water including traditional Planar Laser Induced Fluorescent (PLIF, dye: fluorescent resorufin), Fluorescent quenching technique (PLIF with Inhibition, dye: ruthenium complex) and colorimetric techniques (dye: pink resorufin), respectively. Secondly, based on images captured by a high speed camera, the hydrodynamics of the bubble single air bubbles (equivalent diameters: 0.7-7 mm) rising in the polymer solutions (PAAm and Xanthan) have been investigated including the bubble velocity, trajectory and bubble shape. Finally, based on PLIF-I technique, the mass transfer and diffusion phenomena in the wake of single air bubbles (equivalent diameter ≈ 1 mm) rising in various aqueous polymer solutions (PAAm and Breox) are investigated.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 20-04-2020

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