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Développement d’une approche LES pour écoulements particulaires

10 février 2013

Pour réaliser des simulations numériques de lits fluidisés nous développons une approche multi-fluide Eulérienne. La résolution du système d’équations issu de cette modélisation se fait sur un maillage généralement contraint par les ressources informatiques disponibles. Récemment des études ont montré que le maillage, plus précisément la taille des cellules du maillage, pouvait avoir une forte influence sur le comportement à grande échelle. Typiquement on montre qu’en raffinant le maillage, la hauteur d’un lit fluidisé dense pouvait diminuer notablement avant d’atteindre la convergence. En fait, dans ces systèmes il existe des structures solides à très petite échelle (de l’ordre de quelques diamètres de particules). Lorsqu’on utilise des maillages trop grossiers, ces structures ne sont pas résolues ce qui a pour conséquence une surestimation de la force de traînée moyenne. Cette dernière conduit à une expansion d’un lit dense trop importante ou, dans le cas d’un lit circulant, à une sous-estimation de l’effet de rétromélange dans la colonne de fluidisation.
Depuis quelques années des modèles sont développés afin de prendre en compte ces effets de sous-maille dans des simulations numériques utilisant des maillages grossiers. A l’instar de ce qu’il se fait en turbulence monophasique, on parle alors de modèle de simulation aux grandes échelles ou LES. Le développement de ces modèles s’appuie essentiellement sur des simulations bien résolues, i.e. convergées en maillage, d’écoulements gaz-particules de lits fluidisés denses ou bien de lits fluidisés circulants. Nous présentons ici les résultats de ces simulations obtenues avec NEPTUNE_CFD pour une configuration de lit fluidisé circulant périodique. Les capacités de calcul en parallèle de NEPTUNE_CFD nous permettent de réaliser des simulations jusqu’à 18 millions de cellules de calcul utilisant 512 processeurs.

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Effet du raffinement en maillage sur la simulation d’un lit fluidisé périodique. De la droite vers la gauche le maillage est de plus en plus fin (18 millions de points).