Modélisation numérique des écoulements diphasiques dispersés

Les écoulements diphasiques à bulles sont largement rencontrés dans de nombreuses applications industrielles, à l'instar du transfert de masse (turbines aérantes), du transfert de chaleur (générateurs de vapeur), des réactions chimiques (ozonation dans le traitement des eaux usées). La mécanique des fluides numérique est un outil essentiel pour concevoir des systèmes industriels efficaces. La compréhension de la dynamique des nuages de bulles est essentielle pour développer des outils numériques précis. Cependant, en raison de la complexité des configurations diphasiques, de nombreux phénomènes diphasiques restent totalement ou partiellement non résolus. En particulier, la modélisation de la physique des phénomènes à l'origine du mélange des bulles dans une matrice liquide reste un défi majeur. L'une des faiblesses de la plupart des modèles existants d'écoulement diphasique est due au traitement incomplet de la dispersion des bulles. En effet, la dispersion peut découler de nombreux phénomènes complexes, tels que la turbulence, la distribution de pression locale et les interactions entre bulles. Cette thèse porte sur l'étude des effets de la masse ajoutée sur la dispersion des bulles. La contribution de la force de masse ajoutée dans la dispersion est quantifiée par le développement de la force de Meshchersky. Cette dernière est une conséquence naturelle de la variation de la masse ajoutée. Nous avons comparé nos calculs numériques aux données expérimentales obtenues pour une colonne à bulles. Nous avons observé l'effet dispersif de la force de Meshchersky dans les deux directions horizontale et transversale. De plus, nous avons constaté que la force de Meshchersky contribue à l'arrangement de bulles sur des plans horizontaux parallèles. Ce comportement a été observé dans des applications industrielles et des études expérimentales. Par contre la physique responsable de ce mécanisme n'est pas encore complètement identifiée. Nous avons constaté que pour l'approche Euler-Euler, l'effet de masse ajoutée sur la dispersion des bulles est encore incomplet en raison de la perte d'informations provenant du processus du calcul de la moyenne des équations de conservation. En effet, pour bien saisir la dispersion dans la description eulérienne, nous devons prendre en compte la distribution locale des bulles. Cela est possible en incluant l'effet du gradient de taux de vide dans la modélisation de la masse ajoutée. Dans ce contexte, nous proposons un modèle complet de masse ajoutée, qui inclut la distribution locale des bulles via le gradient de taux de vide. Le gradient de taux de vide permet de prendre en compte l'asymétrie du nuage de bulles autour d'une bulle de référence. Cependant, ce modèle ne peut représenter que des nuages de bulles réguliers. Cette méthodologie permet une prise en compte plus cohérente des effets de masse ajoutée ainsi que des forces de Meshchersky, qui devraient être incluses dans les modèles hydrodynamiques des écoulements diphasiques dispersés. L'approche proposée peut être mise en oeuvre dans un modèle Euler-Euler destiné à prendre en compte la dispersion des bulles induite par l'effet de la masse ajoutée.