Proposition de sujet de thèse- Contrats Doctora

ECOLE DOCTORALE
ED 468
« Mécanique, Energétique, Génie Civil, Procédés »
Proposition de sujet de thèse- Contrats Doctoraux 2016-2019
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 de la thèse est d’étudier et de modéliser les forces à distance. Pour cela on réalisera des
simulations numériques Lagrangiennes qui consistent dans le calcul des trajectoires de toutes les
particules en prenant en compte les forces à distance. Ces simulations permettront de mieux
comprendre comment les forces à distance influent les propriétés statistiques des particules et leur
distribution radiale dans un canal vertical. De plus ces simulations permettront de soutenir le
développement de modèles dans le cadre d’une approche cinétique (modélisation statistique des
milieux granulaires) qui pourront être ultérieurement implanté 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.