Modélisation numérique d'écoulements de particules cohésives par la méthode des éléments discrets

Les écoulements de particules solides, présents dans différents types d'applications industrielles, présentent un comportement complexe et difficile à analyser. Dans le cadre des travaux effectués à l'unité de recherche sur les procédés d'écoulements industriels (URPEI), il a été constaté lors de certaines manipulations expérimentales dans un mélangeur rotatif qu'il est possible de contrôler la force cohésive présente entre des particules en enrobant ces dernières avec un certain type de polymère. En effet, il a été constaté que la force cohésive peut être augmentée soit par l'accroissement de l'épaisseur de polymère sur les particules, ou encore par l'augmentation de la température du lit de particules. Par ailleurs, une des manières permettant de mieux étudier les écoulements de particules solides est de procéder à des simulations informatiques, à l'aide de la méthode des éléments discrets (DEM). Cependant, le code informatique de l'URPEI, utilisant la DEM, ne permettait pas d'inclure de force cohésive entre les particules. L'objectif principal de ce projet était donc la modélisation numérique de l'écoulement de particules cohésives. Pour ce faire, des modèles de cohésion appropriés ont été sélectionnés pour la direction normale du contact, ainsi que pour la direction tangentielle. Le modèle JKR fut retenu pour la direction normale, ainsi que le modèle de Thornton pour la direction tangentielle. Ces deux modèles ont été introduits dans le code informatique de l'URPEI, développé en Fortran 90. Afin de s'assurer du bon fonctionnement du programme, onze tests de vérification ont été effectués. Ceux-ci, contenant une, deux ou cinq particules, ont permis de s'assurer de la validité des résultats obtenus pour des impacts dans la direction normale du contact. La force tangentielle n'a pas été considérée, car cela dépassait le cadre du projet. En outre, afin de procéder à des écoulements de particules cohésives et d'évaluer la précision les résultats, des tests d'angles de repos statiques et des tests d'écoulements dans un mélangeur rotatif ont été effectués. Dans un premier temps, il a été démontré que l'augmentation de la force cohésive entre les particules permet d'augmenter l'angle de repos, ce qui est en accord avec la littérature. Par ailleurs, concernant les tests d'écoulements dans le mélangeur rotatif, il a été démontré que l'accroissement de la force cohésive entre les particules permet la dilatation du lit de particules, due à l'augmentation de la porosité.