Thèse soutenue

Etude numérique du transport et du dépôt de particules dans les milieux poreux
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Auteur / Autrice : Jianhua Fan
Direction : Mustapha Hellou
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie Civil
Date : Soutenance le 29/03/2018
Etablissement(s) : Rennes, INSA
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'ingénieur (Rennes)
Partenaire(s) de recherche : Comue : Université Bretagne Loire (2016-2019)
Fondation : China scholarship council
Laboratoire : Laboratoire de génie civil et génie mécanique (LGCGM)
Jury : Président / Présidente : Azita Ahmadi-Sénichault
Examinateurs / Examinatrices : Mustapha Hellou, Azita Ahmadi-Sénichault, Anthony Beaudoin, Nicolas Lecoq, Dominique Heitz, Hua-Qing Wang, Juan Martinez, Franck Lominé
Rapporteurs / Rapporteuses : Anthony Beaudoin

Résumé

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L'objectif de ce travail de recherche est d'étudier numériquement le transport et le dépôt de particules dans des milieux poreux à l'échelle des pores.Premièrement, un couplage entre la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) et la méthode des éléments discrets (DEM) est réalisé et utilisé pour simuler l'écoulement d'un fluide chargé en particules. La LBM est utilisée pour décrire l'écoulement du fluide autour des fibres tandis que la DEM est utilisée pour traiter la dynamique des particules. Ce couplage est bidirectionnel dans le sens où le mouvement des particules affecte le flux de fluide et réciproquement. Ce modèle nous a permis de prédire l'efficacité de capture et la chute de pression à l'étape initiale du processus de filtration. Le facteur de qualité est également calculé pour déterminer la qualité de filtration.Ensuite, on se focalise sur l'étude de l'efficacité de la capture de fibres de formes de section transversale différentes (circulaire, losange et carrée). Les résultats issus de nos simulations du processus de filtration de la fibre circulaire concordent bien avec les corrélations empiriques. L'impaction des particules sur la face avant de la fibre de forme carrée est plus importante que dans les cas de fibre de formes circulaire et losange. Cependant, en raison d'une chute de pression plus faible, la fibre de section losange présente une meilleure qualité de filtration. Ensuite, les variations du facteur de qualité dues à l'angle d'orientation et au rapport d'aspect des fibres ont été étudiées numériquement pour la forme rectangulaire. Pour chaque cas, on a déterminé la valeur optimale de la zone au vent pour laquelle le facteur de qualité est maximal. La comparaison des valeurs du facteur de qualité obtenues pour les différentes formes de fibre monte une meilleure performance pour la fibre de section carrée orientée avec un angle de π/4.Enfin, l'influence de l'arrangement des fibres sur la qualité de la filtration est analysée en considérant la configuration en quinconce pour les différentes formes. Les simulations conduites pour différentes tailles de particules et différentes valeurs de la densité (particule/air) montent que la fibre de section losange est plus performante en termes de facteur de qualité pour les particules de grande taille et pour les valeurs de densité élevée. La présente étude fournit des pistes pour optimiser le processus de filtration et prédire la qualité de filtration.