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Modélisation multi-échelle de la combustion d’un nuage de particules

19 février

Modélisation multi-échelle de la combustion d’un nuage de particules.

Soutenance de thèse Mohamed Belerrajoul
Cette thèse est en collaboration entre l’IMFT (M. Quintard, Y. Davit) et l’IRSN (F. Duval)

Mercredi 6 Février à 10h en salle des séminaire (Batiment Castex Rdc)

La présence de fines particules de matière oxydable est rencontrée dans de nombreuses situations industrielles. Le risque d’explosion de telles poussières présente une menace constante pour les industries de transformation qui fabriquent, utilisent et/ou manipulent des poudres ou des poussières de matières combustibles. Dans le secteur nucléaire, les scénarios envisagés traitent, en particulier, le risque d’explosion de poussières de graphite liées aux opérations de démantèlement des réacteurs Uranium Naturel Graphite Gaz. La problématique considérée dans le cadre de ce travail de thèse est celle de la combustion d’un mélange dilué gaz-particules. L’objectif principal est de développer un modèle permettant de prédire la vitesse laminaire de flamme, qui est une des données essentielle pour les modèles de vitesse de flamme turbulente utilisés pour estimer les risques d’explosion de poussières.

Pour des configurations où la taille caractéristique des particules d est beaucoup plus petite que l’échelle macroscopique L, la modélisation des écoulements diphasiques dispersés se fait généralement par une approche Euler-Lagrange macroscopique dans laquelle la phase continue est décrite de façon Eulérienne filtrée et la phase dispersée de façon Lagrangienne quasi-ponctuelle. A l’échelle du filtre, la démarche classique pour décrire les échanges entre les deux phases consiste à définir un champ des variables caractéristiques de l’écoulement localement non-perturbé par la présence des particules. Les termes d’échange sont ensuite modélisés à partir de résolution d’un problème de couche limite au voisinage d’une particule isolée.

L’objectif de ce travail est d’améliorer la description macroscopique des transferts de masse et de chaleur pour le mélange gaz-particules parcouru par une flamme gaseuse. En particulier, on cherche à relier les processus aux petites échelles aux grandeurs macroscopiques en utilisant des approches de changement d’échelle, en particulier la méthode de prise de moyenne volumique. Cette démarche consiste à dériver les équations macroscopiques en moyennant directement les équations de conservations à la petite échelle, ce qui permet d’identifier précisemment les hypothèses nécessaires et de proposer des approches alternatives. En outre, cette approche conduit à des problèmes locaux, souvent appelés problèmes de fermeture, qui sont résolus dans des cellules unitaires représentatives du milieu et permettent de calculer les paramètres effectifs des équations macroscopiques.

Dans la dernière partie de la thèse, on rassemble tous ces éléments afin de réaliser des simulations Euler-Lagrange qui sont utilisées pour déterminer la vitesse de flamme laminaire diphasique plane en fonction des caractéristiques du mélange gazeux et des poussières de graphite.