ECOLE DOCTORALE ED 468 « Mécanique, Energétique, Génie Civil, Procédés » Proposition de sujet de thèse- Contrats Doctoraux 2017-2020 Titre du sujet Responsable (s) Simulation numérique et modélisation des forces d’interaction à distance dans les écoulements gaz-particules Nom : FEDE Pascal / SIMONIN Olivier Tél : 05 34 32 28 96 Laboratoire Adresse email : [email protected] Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse Description du sujet : Les écoulements particulaires sont très présents dans l’industrie à travers la technologie des « lits fluidisés ». Ce procédé consiste à mettre en suspension une phase particulaire par un écoulement de fluide. Par exemple, les lits fluidisés gaz-particules sont utilisés dans le secteur de la pétrochimie pour le crackage du pétrole ou bien la production d’oléfines (polyéthylène). Les phénomènes physiques qui sont mis en jeu dans ces réacteurs sont complexes : transport par le gaz, collision inter-particulaire, rebonds sur les parois, transfert thermiques, … Parmi ces phénomènes, la compréhension et la modélisation des forces à distances, longtemps négligés, sont aujourd’hui une priorité. En effet, les forces à distances (électrostatiques ou de type van der Walls) semblent jouer un rôle important sur l’hydrodynamique des lits fluidisés gaz-solide et peuvent être à l’origine de problèmes récurrents et couteux dans les réacteurs industriels. Par exemple, il semblerait que les forces électrostatiques dans les réacteurs de polymérisation d’oléfines, dues aux charges générées par le frottement des particules entre elles et avec les parois, peuvent conduire les particules à s’agglomérer sur les parois. Les particules s’échauffent et fondent car elles ne sont plus suffisamment refroidies par échange avec l’écoulement, Elles forment alors des agglomérats qui, lorsqu’ils se détachent et tombent dans le fond du réacteur, peuvent entrainer l’arrêt de la production. L’objectif principal de la thèse est d’étudier et de modéliser les forces à distance dans les écoulements gaz-particules. Pour cela une approche Euler/Lagrange sera adoptée où les équations de Navier-Stokes sont résolues par simulation numérique directe (DNS) et les trajectoires de chaque particules sont calculées individuellement (approche Lagrangienne de type DEM). Au sein de l’IMFT un code de calcul FORTRAN permet de réaliser ce type de simulation. Le travail consiste donc à faire une recherche bibliographique sur les forces à distance, leur modélisation et leur implémentation. Des simulations seront alors réalisées en faisant varier les propriétés des particules en termes de diamètre, de densité et de charge afin d’analyser finement comment la dynamique des particules est modifiée. Ces analyses permettront de soutenir le développement de modèles dans le cadre d’une approche cinétique (modélisation statistique des milieux granulaires) qui pourront être ultérieurement implantés dans un code de CFD. Le ou la candidat(e) devra avoir de solides bases en mécanique des fluides, méthodes numériques et programmation. Une formation en modélisation des écoulements gaz-particules est souhaitée.