20141007_DREDE_Annonce thèse de Bart JANSSENS

AVIS DE PRESENTATION DE THESE EN SOUTENANCE POUR
L’OBTENTION DU DIPLOME NATIONAL DE DOCTEUR
Monsieur Bart JANSSENS
Présentera ses travaux intitulés :
« Modélisation numérique et approche expérimentale de la coagulation et de la dispersion des
particules fines en régime dilué »
Spécialité : Mécanique
10 juillet 2014 à 15h30
Lieu : École Royale Militaire
Salle Symposium – Rez de chaussée
Rue Hobbema 8
1000 Bruxelles
Belgique
Composition du jury :
M. ARTS Tony Professeur, IVK, Belgique
M. BOSSCHAERTS Walter Professeur, ERM de Bruxelles
M. DEGREZ Gérard Professeur, ULB de Bruxelles
M. LIMAM Karim Maitre de conférences, Université de la Rochelle
M. MARINUS Benoît Chargé de cours, ERM de Bruxelles
M. NAJI Hassane Professeur, Université d’Artois
M. RECKER Elmar Chargé de cours, ERM de Bruxelles
M. SAELENS Dirk Professeur, KU, Belgique
Résumé :
Le travail présenté concerne le développement d’un cadre d’applications pour le traitement d’écoulements dispersés, tenant
compte de l’effet de la coagulation sur la distribution des tailles des particules. Nous explorons également quelques
techniques de validation expérimentale. Les modèles sont valables pour un écoulement incompressible et isotherme, avec des
particules qui ont un temps de relaxation faible en comparaison à celui du fluide.
Pour la phase dispersée, une méthode eulérienne est utilisée, ce qui permet d’extrapoler la vitesse des particules de celle du
fluide. La distribution des tailles est modélisée à l’aide du « Direct Quadrature Method of Moments ». Cette approche permet
de résoudre des équations de transport pour les poids et les abscisses d’une approximation de la distribution à l’aide des
fonctions Dirac delta. L’effet de la coagulation est pris en compte à l’aide d’un noyau de collisions qui utilise la vitesse
instantanée du fluide.
Toutes les équations de transport sont résolues à l’aide de la méthode des éléments finis. Pour le fluide, les stabilisations
« Streamline Upwind » et « Pressure Stabilized Petrov-Galerkin » sont utilisées ensemble avec une stabilisation grad-div.
Afin de limiter le temps de calcul pour une simulation directe, une formulation utilisant un traitement explicite des termes
d’advection est proposée. Avec l’apparition de gradients élevés, les équations de transport pour les particules nécessitent une
stabilisation supplémentaire.
Tout le travail est disponible dans le projet de logiciel libre Coolfluid 3, en utilisant un langage spécifique permettant une
implémentation directe pour des modèles en éléments finis. Le code qui en résulte ressemble à la forme variationnelle des
équations utilisées. Le programme est générique en termes de dimensions spatiales et de type d’éléments.
Une première validation utilise des résultats trouvés dans la littérature comme référence. La précision des méthodes est
vérifiée à l’aide des vortices Taylor-Green. Pour l’écoulement et les concentrations des particules, une simulation directe
d’un canal turbulent est effectuée. Le noyau de coagulation est vérifié à l’aide de particules de différentes tailles qui tombent
à travers un vortex Burgers.
Finalement, quelques techniques de validation expérimentale sont utilisées dans une cellule d’essai. La technique « Particle
Image Velocimetry » est utilisée pour les vitesses du fluide, tandis que la distribution des tailles est mesurée à l’aide du
« Phase Doppler Anemometry » et « Multiple Wavelength Light Extinction ». La technique d’extinction de lumière est
capable de produire des distributions des tailles qui peuvent être comparées facilement avec les résultats numériques.