Simulation numã©rique et modã©lisation des forces

ECOLE DOCTORALE
ED 468
« Mécanique, Energétique, Génie Civil, Procédés »
Proposition de sujet de thèse- Contrats Doctoraux 2017-2020
Titre du sujet
Simulation numérique et modélisation des forces d’interaction à distance
dans les écoulements gaz-particules
Responsable (s)
Nom : FEDE Pascal / SIMONIN Olivier
Tél : [phone]
Adresse email : [email protected]
Laboratoire
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.