Développement d'un modèle CFD-DEM en référentiel non-inertiel pour des applications au mélange solide-liquide

Nous pouvons regretter aujourd'hui encore que la majorité des études portant sur le mélange solide-liquide se base sur des corrélations empiriques dont la précision n'a de cesse d'être remise en cause et dont les applications sont valides pour des cas de figures extrêmement précis. L'exemple le plus frappant est la corrélation de Zwietering publiée il y a plus de 60 ans maintenant, mais qui est encore au coeur de tous les débats. Nous pensions alors qu'il était plus facile, pour mélanger deux substances, d'agiter rapidement pour créer un maximum de turbulence. Cette idée, plutôt compréhensible, a donc mené à des centaines d'études de mélange solide-liquide sur le régime turbulent. Cependant, aujourd'hui, on peut noter de plus en plus d'applications industrielles en régime laminaire et avec des concentrations en particules plus élevées. La compréhension des phénomènes physiques, sous-jacents à de tels systèmes, demeure, cependant, encore très limitée. C'est donc dans cette optique que ce projet de maitrise s'inscrit, à travers le développement d'un modèle numérique robuste et précis pour l'étude de systèmes de mélange solide-liquide en milieux visqueux.

Abstract

Solid-liquid mixing is a significant process that is critical to pharmaceutical, biomechanical, food processing and other industries. Despite the relevance of solid-liquid mixing applications, the physics governing the suspension of particles in agitated vessels is still poorly understood. This can lead to sub-optimal designs and important energy waste or even an incapacity to achieve the desired mixing state. Important criteria that characterize solid-liquid mixing, like the just-suspended speed (Njs) and the homogeneity of the suspension, are difficult to predict. Consequently, engineers often rely on correlations to design solid-liquid mixing vessels, like the Zwietering correlation which is the most famous. But if these correlation present good results in turbulent regime it is not the case for the laminar. And today more and more industrial process occures with viscous fluid. That's why, there is a need for more studies on solid-liquid mixing in laminar regime and, more particularly, for new simulation models to predict suspension dynamics. Therefore, this master project is dedicate to the development of a robust and accurate numerical model for the study of solid-liquid mixing systems in viscous environments.