Thèse soutenue

Etude numérique et expérimentale d'éjecteurs à effet Coanda pour le transport solide pneumatique
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Auteur / Autrice : Vincenzo Guerriero
Direction : Robert CaenLucien Baldas
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie mécanique
Date : Soutenance en 2008
Etablissement(s) : Toulouse, INSA

Résumé

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Le transport de matériaux solides au moyen d'un écoulement d’air est très répandu dans l'industrie. Les générateurs de ces écoulements peuvent être de type turbine ou soufflante, mais, de plus en plus, ce sont des éjecteurs à effet venturi ou à effet Coanda car ces derniers ne présentent pas de pièces mobiles et associent donc fiabilité et longévité. Les éjecteurs à effet Coanda sont basés sur l'effet d’attachement d'un écoulement à une paroi courbe (découvert par Henri Coanda en 1934). Ils utilisent comme source d'énergie un réservoir à haute pression (6-8 bars) qui génère un jet via un col sonique. Le jet suit une paroi courbe et entraîne un flux d'air important qui permet entre autre de transporter des particules solides. L'étude présentée dans cette thèse a pour objectif d'évaluer les possibilités d'utilisation d'un éjecteur à effet Coanda dans une ligne de transport de particules solides dont la taille et la concentration (caractérisée par le rapport débit solide/débit d’air) serait variable. Dans un premier temps, l'éjecteur a été étudié de façon isolée, dans la continuité des travaux de Stéphane Orieux qui a beaucoup contribué à l'amélioration des performances de ce dispositif. En effet, les paramètres géométriques (section du col sonique, angle et longueur du divergent…. ) ont une grande influence sur le débit entraîné pour une pression génératrice donnée. Les écoulements à l’intérieur du générateur sont en effet complexes (soniques, supersoniques puis subsoniques) et la zone de mélange qui détermine le flux entraîné est très sensible aux rapports des différentes sections. Nous avons par une approche semi analytique, numérique 2D et 3D et expérimentale (mesures au moyen de sonde de Pitot et PIV) contribué au développement de la connaissance des mécanismes physiques régissant le fonctionnement de ces dispositifs et ainsi, mis au point des outils d'aide à la conception des éjecteurs COVAL en fonction des problèmes choisis de transport de particules. La deuxième partie de notre travail a consisté en l’étude du transport de matières solides. Toujours dans l’esprit d’une utilisation industrielle, nous avons développé un modèle analytique simplifié s’inspirant et synthétisant de nombreux travaux présentés dans la littérature. Ce modèle permet de calculer la perte de charge d’un circuit de transport de particules en fonction de sa configuration (sections, lignes verticales et horizontales, coudes…) et des conditions de fonctionnement (particulièrement le rapport des débits massiques des particules solides et de l’air transporteur). Pour valider ce modèle, nous avons réalisé sur le site de la Société COVAL et avec l’aide des personnels de l’entreprise, un dispositif expérimental spécifique puis effectué des mesures de pression et de débit permettant de calculer les pertes de charge en fonction des particules transportées. Des contraintes techniques et de calendrier nous ont seulement permis de valider notre modèle sur des sections de conduites rectilignes pour des diamètres de particules ne dépassant pas 3 millimètres (le diamètre des conduites étant de 46 mm) et des rapports de débit masse solide/gaz inférieurs à 2 donc pour des particules très dispersées dans le flux d’air. Ce travail effectué dans le cadre d’une coopération Université/Entreprise, et grâce au soutient financier de la Commission Européenne dans le cadre d'une bourse Marie Curie d'accueil en entreprise, est une première approche que nous pensons utile à nos partenaires industriels. Il met également en évidence les points à développer tant sur le plan théorique qu’expérimental pour une optimisation du transport de particules en prenant pour base les générateurs actuellement fabriqués par la société COVAL