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Modélisation Eulérienne de la vidange d’un silo et de l’expansion du panache

21 novembre 2016

Modélisation Eulérienne de la vidange d’un silo et de l’expansion du panache

Soutenance de thèse François Audard

Sous réserve d’autorisation de soutenance par les rapporteurs

Mardi 20 décembre 2016 à 14 h 00

Amphithéâtre Nougaro

Résumé (fr) :

De nombreux procédés industriels nécessitent la manipulation de matériaux sous forme pulvérulente. L’émission de poussières générée par leur manipulation peut s’avérer dangereuse pour la santé des travailleurs ou bien causer un risque d’explosion. Afin de mieux comprendre les mécanismes de dispersion des poussières, le cas de la décharge d’un silo est étudié par simulation numérique avec une approche Euler-Euler. Deux configurations ont été étudiées au cours de cette thèse. La première, sans silo, a permis d’étudier l’influence de perturbations de vitesses imposées à l’entrée de la chambre de dispersion en lieu et place du silo. Cette étude a révélé que ces perturbations peuvent influencer l’élargissement du panache de poudre. Seules les perturbations avec une corrélation temporelle ont généré une ouverture importante du jet tombant semblable à celle relevée expérimentalement. Dans la deuxième configuration, le silo et la chambre de dispersion sont représentés afin d’étudier le couplage entre la dispersion du jet et l’écoulement dans le silo. L’une des difficultés de ces simulations est de prédire les différents régimes d’écoulements granulaires, allant de l’état quasi-statique dans le silo au régime très dilué lors de la dispersion du jet tombant, en passant par le régime collisionnel à la sortie du silo. La théorie cinétique permet de modéliser le régime dilué et collisionnel. En revanche pour la partie quasi-statique un modèle semi-empirique a été utilisé, implémenté et validé sur différentes configurations. La seconde étude a montré l’importance du rapport entre le diamètre de l’orifice et le diamètre des particules sur la structure du jet. En effet, lorsque ce paramètre est faible, le cœur du jet se contracte immédiatement après la sortie du silo puis s’ouvre en aval. Pour des valeurs grandes, l’ouverture du jet est négligeable. Cependant, il semblerait que l’angle du silo modifie le comportement de l’écoulement, ce qui nécessitera des études supplémentaires.


Mots clés : modèle multi-fluide ; Théorie cinétique desmilieux granulaires ; viscosité frictionnelle ; écoulement granulaire ; déchargement de silo.

Abstract  :

A wide range of industrial processes requires the handling of granular material in a pulverulent form. The subsequent dust emissions due to these processes can be harmful to the health of workers or hazardous explosion risks. In order to understand dustdispersion mechanisms, a case of a free falling granular jet discharged from a silo isstudied by numerical simulations using an Euler-Euler approach. Two types of numericalsimulation are conducted. First, the influence of velocity fluctuations at the inlet chamber is studied on the plume behavior, instead of the silo. This study reveals that fluctuations are enable to reproduce the jet expansion. It is established that only fluctuations with temporal correlation generate a large jet opening similar to the experiment. The second type of setup shows the coupling between the silo and the chamber. One of the major challenges is the ability to predict the different flow regimes going from quasi-static regime inside the silo, to the very dilute regime in the dust spread and include the collisional regime occurs through the silo. Kinetic theory allows modeling of the dilute and collisional regime. By contrast, frictional models have been used, implemented and validated in different cases. The second study highlights the key role of the ratio defined by yhe orifice diameter on the particle diameter. Indeed, when this parameter is small, the jet powder core contracts immediately after the exit of the silo dump plane andexpands downstream. For a high values, the granular jet does not exhibit dispersionanymore. This study suggests that the silo half-angle has an impact on the flow field which justifies the need for further investigations.

Keywords : Frictional viscosity ; multi-fluid model ; Kinetic Theory of Granular Flow ; Granular flow ; bin discharge

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