Analyse expérimentale et modélisation du transfert de matière et du mélange dans une couche cisaillée à bulles

par Hamdi Ayed

Thèse de doctorat en Dynamique des fluides

Sous la direction de Jamel Chahed et de Véronique Roig.

Soutenue en 2007

à Toulouse, INPT en cotutelle avec Tunis, ENIT .

mots clés

• Analyse expérimentale
• Couche de mélange
• Modèle eulerien à deux fluides
• Pseudo-turbulence
• Bulles -- Dynamique
• Transfert de masse
• Turbulence

Résumé

Ce travail vise à l'amélioration des modèles eulériens à deux fluides pour l'hydrodynamique et le transfert de masse en écoulement turbulent à bulles. Nous étudions des zones de mélange oxygène-eau pour des taux de vide 2<alpha<11%. Un gradient de taux de vide imposé en entrée génère des mouvements à grande échelle. La vitesse relative des bulles induit de profondes modifications de la turbulence aux petites échelles. On étudie donc des écoulements fortement contrôlés par la gravité. Nous avons fait des mesures locales caractérisant l'hydrodynamique et le champ d'oxygène dissous. Un travail de simulation numérique a consisté à améliorer les modèles d'échange interfacial de masse, de quantité de mouvement, et à prendre en compte la modulation de la turbulence qui modifie le transport turbulent. Les résultats obtenus avec le code Melodif montrent, qu'à condition de modéliser la modificiation des échelles par les interactions interfaciales, un bon accord avec les expériences est obtenu.

Titre traduit

Experimental analysis and modelling on mass transfer and mixing in a bubbly shear layer : approach for the optimization of bubbly reactors in water treatment

Résumé

In this work we develop a Eulerian two-fluids model for hydrodynamics and mass transfer in turbulent bubbly flows. We study oxygen-water mixing layers for void fractions 2<alpha<11%. A void fraction gradient imposed at the inlet generates large scale motions. The relative velocities of the bubbles produce deep modifications of the turbulence at the small scales. We thus study bubbly flows strongly controlled by gravity effects. We have performed local measurements to characterize the hydrodynamics and the field of dissolved oxygen concentration. Numerical simulations have been performed to improve the closure laws for the interfacial transfers of mass and monumentum, and took into account the modification of the turbulence due to the bubbles, that modifies the turbulent transport of scalar. The results obtained with the numerical code Melodif, show that, when taking into account the modification of the scales by interfacial interactions, a good agreement is obtained with the experiments.