| Titre : | Modélisation des écoulements multiphasiques turbulents hors d'équilibre |
| Auteurs : | Roland Borghi, Auteur ; Fabien Anselmet, Auteur |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Lavoisier, 2014 |
| ISBN/ISSN/EAN : | 978-2-7462-4537-2 |
| Langues: | Français |
| Résumé : |
De nombreux systèmes industriels ou environnementaux naturels mettent en jeu des milieux turbulents à plusieurs phases avec un transfert de chaleur et de masses, ainsi que des réactions chimiques. Cet ouvrage traite de la modélisation de ces milieux en écoulements, par une approche unifiée qui inclut des aspects physiques variés et plusieurs niveaux de complexité. Il décrit les bases mathématiques de la modélisation, puis la manière d’y incorporer de façon cohérente les particularités physiques des situations étudiées. La modélisation a besoin de données physiques adéquates, à compléter par des recherches nouvelles judicieuses. La présentation unifiée de la démarche permet d’assurer à la modélisation un domaine d’application plus large en incorporant plus de connaissances expérimentales. Elle lui donne également la possibilité de s'adapter logiquement au niveau de complexité voulu et permet d’aborder des situations nouvelles avec des appuis solides.
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| Sommaire : |
Remerciements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 I.1. L’intérêt des milieux multiphasiques et de leur modélisation . . . . . . . 15 I.2. La modélisation et sa problématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 I.3. Eléments de bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 PREMIÈRE PARTIE. APPROCHE ET ÉQUATIONS GÉNÉRALES . . . . . . . . . . . 27 Chapitre 1. Pour une description unifiée des divers milieux multiphasiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.1. Approche continue et approche cinétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.2. Formulations eulérienne-lagrangienne et eulérienne . . . . . . . . . . . . 35 Chapitre 2. Les équations d’un milieu instantané « continu par morceaux » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.1. Equations de bilan, formes intégrales et différentielles . . . . . . . . . . 40 2.2. Bilans des masses des phases dans un milieu continu par morceaux . . . 44 2.3. Bilans des quantités de mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.4. Bilans d’énergie des phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.5. Bilans des positions et des aires d’interface . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.6. Extension lorsqu’une phase fluide est un mélange . . . . . . . . . . . . . 57 2.7. La description du milieu est complète . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Chapitre 3. La description du « milieu moyen » . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.1. Le besoin d’une description moyenne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.2. Comment définir les « grandeurs moyennes » ? . . . . . . . . . . . . . . 63 3.3. Quelle moyenne choisir, suivant les avantages et inconvénients ? . . . 70 Chapitre 4. Les équations pour le milieu moyen continu . . . . . . . . . . . . 73 4.1. Les équations de bilan global du milieu moyen . . . . . . . . . . . . . . 73 4.2. Les équations de bilan pour les phases du milieu moyen . . . . . . . . . 77 4.3. La représentation complète du milieu moyen . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.4. Les équations d’état moyennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 4.5. Extensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 4.6. Les conditions aux limites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 DEUXIÈME PARTIE. LA MODÉLISATION, UNE MÊME DÉMARCHE ADAPTABLE À PLUSIEURS APPLICATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Chapitre 5. La modélisation des échanges entre phases . . . . . . . . . . . . 111 5.1. Méthodologie générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 5.2. L’interface entre phases et son aire moyenne par unité de volume . . . 114 5.3. Forces de contact et frottement entre phases . . . . . . . . . . . . . . . . 118 5.4. Transferts de chaleur à la surface d’une particule, sans échange de masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 5.5. Transferts de chaleur et de masse par ébullition . . . . . . . . . . . . . . 145 5.6. Echanges de masse et chaleur par évaporation . . . . . . . . . . . . . . . 155 Chapitre 6. La modélisation des flux de dispersion turbulente . . . . . . . . 169 6.1. Modélisation globale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 6.2. Modélisation de type « multifluide » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 Chapitre 7. Modélisation de l’aire moyenne d’interface gaz-liquide par unité de volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 7.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 7.2. L’équation de départ de l’aire moyenne d’interface par unité de volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 7.3. Modèle d’aire moyenne d’interface pour « l’atomisation » d’un jet liquide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 7.4. Effet de la vaporisation sur l’aire d’interface . . . . . . . . . . . . . . . . 233 Chapitre 8. Modélisation du style Large Eddy Simulation . . . . . . . . . . . 235 8.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 8.2. Les équations filtrées et la nature des modèles à fournir . . . . . . . . . 237 8.3. Modélisation LES classique pour les flux additionnels SGS . . . . . . . 242 8.4. Modélisation de l’aire d’interface par unité de volume de sous maille . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 8.5. Modélisation LES près des parois . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 Chapitre 9. Apport de la thermodynamique des processus irréversibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 9.1. Pour la modélisation globale d’un milieu à deux phases . . . . . . . . . 256 9.2. Apport de la thermodynamique irréversible pour la modélisation multifluide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 Chapitre 10. Méthodes expérimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 10.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 10.2. Méthodes intrusives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 10.3. Méthodes non intrusives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 10.4. Méthodes optiques avancées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 Chapitre 11. Quelques résultats expérimentaux sur des aspects encore mal connus des écoulements multiphasiques . . . . . . . . . . . . . . . 339 11.1. Atomisation/fragmentation de jets liquides . . . . . . . . . . . . . . . . 339 11.2. Particules isolées ou groupées en essaims, couplage avec le fluide porteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 11.3. Crise d’ébullition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 TROISIÈME PARTIE. DES LITS FLUIDISÉS AUX MILIEUX GRANULAIRES . . . . . 375 Chapitre 12. Les lits fluidisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 12.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379 12.2. Modèles complets de la dynamique des lits fluidisés . . . . . . . . . . 387 12.3. Modèles globaux de conversion chimique en lits fluidisés . . . . . . . 404 12.4. Modèles globaux pour les transferts thermiques dans les lits fluidisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 12.5. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419 Chapitre 13. Quelle généralisation pour les milieux granulaires ? . . . . . . 421 13.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421 13.2. Les équations de bilan du milieu granulaire moyen . . . . . . . . . . . 422 13.3. Les approximations de fermeture nécessaires . . . . . . . . . . . . . . . 429 13.4. Quelques modèles proposés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432 Chapitre 14. Modélisation du tenseur de Cauchy des contacts glissants . . . 437 14.1. Hypothèses et équations de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437 14.2. Equation de bilan non fermée du tenseur de Cauchy des contacts glissants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439 14.3. Approximations de fermeture pour les termes irréversibles . . . . . . . 448 Chapitre 15. Modélisation du tenseur de Cauchy cinétique . . . . . . . . . . 455 15.1. Modélisation à la mode de Prandtl-Bagnold . . . . . . . . . . . . . . . . 456 15.2. Modélisation du type k-lt ou « gaz granulaire turbulent » . . . . . . . . 458 15.3. Vers une modélisation générale pour tous les régimes . . . . . . . . . . 465 15.4. Les conditions aux limites de parois . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468 QUATRIEME PARTIE. ETUDE DES FLUCTUATIONS ET DES DENSITES DE PROBABILITE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471 Chapitre 16. Les fluctuations de la phase gazeuse dans les milieux diphasiques réactifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475 16.1. Les spécificités des milieux diphasiques réactifs . . . . . . . . . . . . . 475 16.2. La densité de probabilité des fluctuations de composition de la phase gazeuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476 16.3. Modélisation des termes dus aux échanges entre phases . . . . . . . . 488 16.4. Modélisations du micromélange et de la dispersion turbulente . . . . . 494 16.5. Utilisation pratique de l’équation de PDF . . . . . . . . . . . . . . . . . 496 Chapitre 17. Fluctuations de température dans les phases condensées . . . 499 17.1. Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499 17.2. Equation instantanée pour la température de la phase liquide . . . . . 501 17.3. Equation pour la PDF de température du liquide . . . . . . . . . . . . . 504 17.4. Fermeture de l’équation de PDF de température . . . . . . . . . . . . . 506 Chapitre 18. Vers l’obtention de la PDF des fluctuations des vitesses et des tailles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509 18.1. Equation de PDF des vitesses d’une phase . . . . . . . . . . . . . . . . . 510 18.2. Modélisations des échanges entre phases et des interactions internes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516 18.3. Sur le calcul pratique de la PDF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522 18.4. Pour l’étude des tailles des parcelles d’une phase dispersée . . . . . . 523 18.5. Sur les simulations lagrangiennes-eulériennes de milieux dispersés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525 Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547 © 2018 LAVOISIER S.A.S. |
| Type de document : | Livre |
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| SI8/3089 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Magazin |
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