Dissertations / Theses: 'Particules (matière) – Dynamique des fluides'

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Pergolizzi, Benjamin. "Étude de la dynamique des particules inertielles dans des écoulements aléatoires." Nice, 2012. http://www.theses.fr/2012NICE4101.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la dynamique de particules inertielles dans des écoulements instationnaires. Qu'il s'agisse de gouttelettes d'eau dans les nuages chauds ou de poussière dans les disques circumstellaires, de telles impuretés se découplent de la dynamique de l'écoulement et se répartissent de façon hétérogène. La modélisation des interactions microphysiques entre particules nécessite alors de comprendre et de quantifier ce phénomène de concentration préférentielle. L'apparition de telles hétérogénéités s'explique par la présence simultanée de deux mécanismes. D'une part, l'inertie des particules les conduit par effet centrifuge à se détacher des tourbillons de l’écoulement pour se concentrer dans les zones d'étirement. D'autre part, la dynamique des particules étant dissipative, celles-ci se concentrent aux temps longs sur un attracteur fractal. Ces effets sont généralement étudiés de façon séparée en considérant soit des écoulements stationnaires, soit des écoulements sans corrélation temporelle et donc dépourvus de structures. J'introduis dans cette thèse un modèle d'écoulement aléatoire ayant un temps de corrélation fini (mesuré par un nombre de Kubo) et qui couvre ces deux cas. Cette approche me permet d'identifier et d'étudier de façon analytique différents régimes de la dynamique des particules en fonction de ce paramètre ainsi que du nombre de Stokes mesurant l'inertie des particules. La richesse de ce modèle permet de mettre en évidence la complexité de l'interférence entre les deux mécanismes conduisant à des concentrations préférentielles This thesis deals with the dynamics of inertial particles in non-stationary flows. Whether there are droplets in warm clouds or dust grains in circumstellar disks, such impurities decouple from the flow dynamics and distribute in a heterogeneous manner. Modeling the microphysical interactions between particles thus requires understanding and quantifying this phenomenon of preferential concentration. The origin of such heterogeneities is explained by the simultaneous presence of two mechanisms. On the one hand particles inertia make them detach by centrifugal effect from the flow vortices and concentrate in straining regions. On the other hand, as the particle dynamics is dissipative, they concentrate at long times on a fractal attractor. Such effects are generally studied separately by considering either stationary flows or flows without temporal correlation and thus where structures are absent. In this thesis, I introduce a random flow model having a finite correlation time (measured by a Kubo number) that encompasses these two cases. This approach allows me to identify and study analytically various regimes of the particle dynamics as a function of this parameter and of the Stokes number that measures particle inertia. The richness of this model gives evidence of how complex is the interference between the two mechanisms leading to preferential concentration

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Aguilar, Corona Alicia. "Agitation des particules dans un lit fluidisé liquide : étude expérimentale." Toulouse, INPT, 2008. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00001206/.

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Abstract:

Dans ce travail, les trajectoires 3-D de particules marquées dans un lit fluidisé liquide ont été mesurées par vidéo dans un milieu d’indices optiques ajustés, dans une plage étendue de concentration. Les paramètres de l’écoulement étudié correspondent à des nombres de Reynolds particulaire élevés (O(10) Besides its interest as an industrial application in various processes, liquid fluidization builds up an interesting test case regarding the validation of two-phase flow modelling. The lack of reliable and detailed experimental data about particle agitation in this type of flow is one important motivation to this study. In this work, the random motion of mono-dispersed particles in a liquid fluidized bed has been measured and processed from video recordings, using a refractive index matching method. 3-D trajectories of coloured particles have been collected in a wide range of solid fraction, and statistical quantities have been derived in the range of high particle Reynolds number (O(10)

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Touzis, Emeline. "Contribution à la formulation de produits solides : dispositif expérimental de suivi de la porosité, tortuosité et perméabilité au cours de la libération d'un soluté." Saint-Etienne, EMSE, 2005. http://www.theses.fr/2005EMSE0032.

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Abstract:

L'objectif de l'étude est de mettre en place un dispositif expérimental et une méthode non destructive basée sur une expérience de déplacement de gaz pour accéder simultanément aux propriétés de structure et de transport d'un assemblage granulaire non dense. Les mesures sont réalisées sur des empilements de particules sphériques monotailles de différentes granulométries, ainsi que sur des particules non sphériques afin de comprendre les effets de taille et de forme des particules sur la porosité, la tortuosité et la perméabilité. L'objectif ultime est d'utiliser ce même dispositif pour la mesure de ces propriétés évolutives au cours d'un processus de lixiviation de billes de verre, préalablement enrobées par un polymère. Ainsi, l'expérience de déplacement de gaz permet la caractérisation de l'assemblage granulaire et l'utilisation d'un liquide permet l'altération du milieu. L'accès aux propriétés évolutives est rendu possible par l'alternance entre les alimentations gazeuse et liquide This study describes a non destructive experimental method based on following a gas displacement to give the simultaneous measurement of granular and transport properties in a loose random packing subject to dissolution of one component. Measurements are made on packing of monosized spheres for different sizes of particles and of monosized nonspherical particles in order to understand the influence of particles size and shape on porosity, tortuosity and permeability. These experiments are followed by similar measurements during a leaching process of a glass bead packing, which have been previously coated with a polymer in a fluidised bed apparatus. Thus, the gas displacement experiment allows characterising the granular packing and the use of a liquid allows the alteration of the media. The alternation of gas and liquid flows through the granular packing give an information on how the structure properties are modified during the leaching process

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Abbas, Micheline. "Auto-diffusion de particules dans un écoulement cisaillé : des interactions hydrodynamiques aux effets collisionnels." Toulouse, INPT, 2008. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000622/.

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Abstract:

Ce travail aborde, à l'aide de simulations Lagrangiennes, la description du comportement rhéophysique d'une suspension de particules solides sphériques en écoulement cisaillé. Les effets de l’inertie du fluide, de l'agitation Brownienne et de la gravité sont négligés. Les suspensions étudiées sont classées en deux grandes familles, en fonction de l'inertie de la phase dispersée caractérisée par le nombre de Stokes. A très petit nombre de Stokes, les suspensions sont de type liquide-solide où le fluide est très visqueux. Le modèle de simulation "Force Coupling Method" est utilisée pour simuler les interactions hydrodynamiques qui contrôlent la dynamique de ces suspensions. Cette méthode se base sur un développement multipolaire de la perturbation de vitesse induite par la présence des particules dans le fluide porteur. L'évolution de quantités macroscopiques en fonction de la fraction volumique du solide [φ=1-20%] est analysée dans des suspensions monodisperses. Les résultats (fluctuations de vitesse, auto-diffusion, auto-corrélation des vitesses et distribution spatiale de paires de particules…) confortent les tendances observées dans plusieurs études de la littérature. Nous montrons que l’agitation des particules induit un comportement diffusif dont l’intensité est une fonction croissante de la concentration. Le niveau d’agitation mais aussi le temps de diffusion augmentent lorsque les interactions multi-corps contrôlent la dynamique de la suspension. Les effets de lubrification associés à des particules proches du contact sont résolus précisément. Ceci permet d'utiliser la FCM pour simuler des suspensions de concentration plus élevée (allant jusqu'à 35%), et de quantifier leur viscosité effective. Le modèle de simulation est étendu aux cas de suspensions bidisperses. L'impact de la variation du rapport de taille ou de concentration sur les statistiques (des deux espèces) est examiné pour une fraction volumique constante de la phase dispersée. Pour un rapport de concentration fixe, nous avons trouvé qu'un rapport de taille croissant entraîne une augmentation (resp. Diminution) du niveau de fluctuation des petites (resp. Grosses) particules. Quand le rapport de taille et la concentration totale sont fixes, l'augmentation du nombre de grosses particules entraîne l'augmentation du taux de fluctuation et de la diffusion des deux espèces. Les suspensions caractérisées par un nombre de Stokes modéré ou grand sont en général de type gaz-solide. Un modèle de simulation basé sur l’intégration des trajectoires de particules assimilées à des sphères dures est utilisé pour simuler la dynamique de la suspension. Le mouvement des particules est uniquement contrôlé par les collisions et par la force de traînée sur une particule isolée. Les simulations montrent que les propriétés de la suspension dépendent fortement de l'inertie des particules et de la concentration. La variation du nombre de Stokes de 1 à 10 induit une augmentation de l'agitation des particules de trois ordres de grandeur, et une évolution de la distribution de vitesse d'une forme très piquée (proche d’un Dirac) à une forme Maxwellienne. Les résultats numériques sont confrontés aux prédictions de deux modèles issus de la théorie cinétique des milieux granulaires adaptés aux nombres de Stokes modérés: la fonction Dirac (resp. Maxwellienne déviée) est utilisée pour décrire les suspensions faiblement (resp. Fortement) agitées. Une nouvelle théorie pour déterminer les coefficients du tenseur d'auto-diffusion Lagrangienne est développée et validée avec les résultats des simulations. Les coefficients de diffusion et la viscosité de la phase solide sont également confrontés aux modèles théoriques utilisés pour la prédiction d’écoulements complexes. L'effet de l'inélasticité sur les quantités statistiques est également discuté. La conclusion de ce document fait la synthèse de tous ces résultats en proposant une approche unifiée de l’évolution de la viscosité effective du mélange fluide/particules. Une modification de la méthode FCM est proposée pour modéliser simultanément l'inertie des particules et les interactions hydrodynamiques Lagrangian simulations are used to study the rheophysics of sheared suspensions of spherical particles. The effects of the fluid inertia, the Brownian diffusion and the gravity are neglected. Depending on the particle inertia characterized by the Stokes number, the suspensions are divided into two major classes. The limit of vanishingly small Stokes numbers corresponds to solid particles suspended in a very viscous fluid. The "Force Coupling Method" is used to model the direct hydrodynamic interactions controlling the dynamics of these monodisperse suspensions. This method is based on a finite multipole expansion of the velocity field perturbation induced by each particle. The motion of all the suspension particles is simultaneously coupled through the direct solution of the Stokes equations written for the carrying fluid flow. The macroscopic evolution is studied while the solid volume fraction is increased from low to moderately concentrated [φ=1-20%]. The results (velocity fluctuation, self-diffusion, velocity auto-correlation and spatial distribution of pairs. . . ) are in agreement with several former studies of the literature. We showed that the particle agitation is enhanced by increasing the concentration and leads to a diffusive behavior of the suspension. The agitation level and the characteristic diffusion time are increasing as many-body hydrodynamic interactions control the suspension dynamics. The accuracy of the method is improved by calculating the exact lubrication forces for particle pairs near contact. Hence, this allows to simulate larger suspension concentrations (up to 35%), and to quantify the effective viscosity in this regime. The model is extended to the bidisperse suspension configurations. The dependence of the statistical quantities (of both species) on the size ratio and concentration ratio is discussed for a fixed total volume fraction. For a constant concentration ratio, we obtained that an increase of the size ratio enhances (resp. Reduces) the fluctuation level of the small (resp. Large) particles. The increase large particle number induces a significant enhancement of the fluctuations and self-diffusion of both species. The suspensions characterized by moderate to high Stokes numbers are generally of gas-solid type. A hard-sphere collision model coupled with the particle Lagrangian tracking is used to simulate the suspension dynamics. The particle motion is controlled by only the drag force and particle collisions. The simulations show that the suspension properties depend strongly on the particle inertia and concentration. Increasing the Stokes number from 1 to 10 induces an enhancement of the suspension agitation by three orders of magnitude, and an evolution of the velocity distribution function from a highly peaked (close to the Dirac delta function) to a Maxwellian shape. The numerical results are compared to the predictions of two theoretical models based on the kinetic theory of granular flows adapted to moderate inertia regimes. The velocity distribution used for weakly (resp. Highly) agitated suspensions is the Dirac delta (resp. Deviated Maxwellian) function. A new prediction of the Lagrangian self-diffusion tensor is proposed and validated by the simulations results. The diffusion coefficients and solid phase viscosity are compared to the classical models used in engineering applications. The inelasticity effect on the statistical quantities is discussed as well. The conclusion of the manuscript proposes a unified approach of all the results related to the evolution of the effective viscosity in the bulk. A modification of the Force Coupling Method is proposed to properly simulate the particle inertia and hydrodynamic effects

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Bodelin, Pierre. "Caractérisation de la structure d'écoulement dans la colonne d'un lit fluidisé circulant et application aux mélanges de particules." Compiègne, 1994. http://www.theses.fr/1994COMPD676.

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Abstract:

Cette recherche avait pour vocation l'étude de l'hydrodynamique d'un réacteur à lit fluidisé circulant (L. F. C. ), en particulier, quand deux populations de particules y sont mises en œuvre simultanément. Le L. F. C. Utilisé, d'une hauteur de 10m, était constitué d'une colonne de transport de diamètre interne 144 mm, d'un système de séparation gaz-solides et d'une ligne de retour des solides. Il fonctionnait avec de l'air atmosphérique et à température ambiante. La gamme de vitesse de gaz utilisés s'étendait de 2 à 8 m/s, les flux moyens de solides variaient de 0 à 60 kg/m2/s et les concentrations massiques moyennes dans la colonne étaient comprises entre 0 et 30 kg/m3. Les solides étudiés étaient du sable (diamètre moyen de 200 m et masse volumique de 2 650 kg/m3) et du support de catalyseur de craquage (diamètre moyen de 50 m et masse volumique de 1 200 kg/m3). L'objectif final de ce travail étant l'étude du transport vertical d'un mélange bisolides, il a fallu dans un premier temps chercher à caractériser individuellement le comportement de chacune des espèces solides composant le mélange ; cette caractérisation passait par la mise en évidence de structures d'écoulement associées a l'apparition de régimes d'écoulement. C'est à partir de l'analyse des résultats propres au transport vertical d'une population unique de particules qu'il a été possible de mieux comprendre le comportement hydrodynamique d'un mélange de deux espèces solides. Cette recherche a permis de mettre en relief l'existence systématique de deux régimes d'écoulement séparés par une transition brutale, et ce, quelque soit le type de solide transporté, en mélange comme seul. Il a été démontré que chacun de ces régimes possède sa propre structure d'écoulement caractérisée par la loi de variation des flux locaux en fonction des variables globales (flux moyen ou concentration moyenne dans la colonne). Par ailleurs, ces caractéristiques hydrodynamiques ont corroboré certaines conclusions théoriques relatives aux lois gouvernant les champs de concentration et de vitesse locale des particules dans l'écoulement. Enfin, avec l'appui d'un modèle théorique basé sur l'existence d'un effet de seuil affectant l'évolution de la turbulence du gaz lors de l'accroissement de la concentration locale, il a été possible d'expliquer l'apparition des transitions de régimes d'écoulement lors du transport de particules en mélange comme seules.

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Lyu, Jinming. "Modélisation numérique de la dynamique de particules molles en microcanaux." Thesis, Ecole centrale de Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019ECDM0002.

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Abstract:

Une vésicule est un système modèle utilisé pour comprendre le comportement dynamique en écoulement d’une particule molle fermée telle qu’un globule rouge. La membrane bicouche lipidique inextensible d’une vésicule admet une résistance d’élasticité en flexion. Lorsque dégonflée, c’est-à-dire pour un grand rapport surface sur volume, une vésicule présente des changements de formes remarquables. Des progrès significatifs ont été réalisés au cours des dernières décennies dans la compréhension de leur dynamique en milieu infini. Ce manuscrit s’intéresse à la transition de formes et à la migration latérale d’une vésicule dans des écoulements confinés. L’approche est numérique, basée sur une méthode aux éléments finis de frontière (BEM) isogéométrique. Partant d’une version existante pour les écoulements de Stokes non confiné, un code original est développé pour prendre en compte les parois de microcanaux de section transversale arbitraire. L’essentiel des études porte sur la dynamique d’une vésicule transportée par un écoulement de Poiseuille dans une conduite de section circulaire. Tout d’abord, nous examinons les formes typiques des vésicules, les différents modes de migration latérale et la structure de l’écoulement des lipides dans la membrane, en fonction des trois paramètres sans dimension caractéristiques : le volume réduit, le confinement et le nombre capillaire (de flexion). Les transitions de forme et le diagramme de phase de formes stables pour plusieurs volumes réduits sont obtenus dans l’espace (confinement, nombre capillaire). Ils montrent une extension de l’ensemble des morphologies de la vésicule. L’interaction complexe entre la paroi du tube, les contraintes hydrodynamiques et l’élasticité de flexion de la membrane conduit à une dynamique bien plus riche. Nous étudions ensuite, via une version axisymétrique du modèle, le comportement de la vésicule lorsque des conditions de confinement deviennent sévères et imposent des formes de vésicule axisymétriques. Un accent particulier est mis sur la prédiction de la mobilité de la vésicule et de la perte de charge additionnelle induite par la présence de la vésicule. Cette dernière est importante pour comprendre la rhéologie d’une suspension diluée. De plus, sur la base des résultats numériques du comportement proche du confinement maximal, nous établissons plusieurs lois d’échelle portant sur la vitesse de la vésicule et sa longueur, ainsi que sur l’épaisseur du film de lubrification. Enfin, nous présentons un modèle hybride BEM–coarse-graining permettant d’adjoindre un cytosquelette à une vésicule pour étendre nos études au cas des globules rouges. La modélisation coarse-graining du cytosquelette repose sur un réseau de ressorts identifié à l’ensemble des arêtes du maillage d’éléments finis de la membrane de la vésicule. Les résultats numériques montrent que ce modèle à deux composants vésicule–cytosquelette est capable d’extraire les propriétés mécaniques des globules rouges et de prédire sa dynamique dans les écoulements de fluide Vesicles are a model system for understanding the dynamical behavior of a closed soft particle such as red blood cells (RBCs) in flows. The inextensible lipid bilayer membrane of a vesicle admits resistance to the bending elasticity, and its large surface-area-to-volume ratio allows the vesicle to exhibit remarkable shape changes in the dynamics even in a simple flow. Significant progress has been made over the past decades in understanding vesicle dynamics in unbounded Stokes flows. This manuscript deals with the numerical investigation of shape transition and lateral migration of 3D vesicles in wall-bounded Stokes flows by means of an isogeometric finite-element method (FEM) and boundary-element method (BEM). Starting from a previously reported isogeometric FEM-BEM simulations of the dynamics of soft particles (drops, capsule, and vesicle) in Stokes flows in free space, the original code is developed to account for microchannel walls of arbitrary cross-section. The present work focuses on the dynamics of a vesicle that is transported through a circular tube in a pressure-driven flow. First, we investigate typical vesicle shapes, different lateral migration modes, and flow structure onto vesicle membrane versus three independent dimensionless parameters, namely, the reduced volume, the confinement, and the (bending) capillary number. Shape transitions and the phase diagram of stable shapes for several reduced volumes are obtained in the (confinement, capillary number) space, showing an extension of the set of vesicle morphologies and rich vesicle dynamics owing to the intricate interplay among the tube wall, hydrodynamic stresses, and membrane bending. Secondly, we study, via an axisymmetric BEM, the hydrodynamics under high confinements in which the shape of the vesicle is expected to maintain axisymmetry. A particular emphasis is given to the prediction of the vesicle mobility and the extra pressure drop caused due to the presence of the vesicle, the latter having implications in the rheology of a dilute suspension. In addition, based on the numerical results of limiting behavior of quantities of interest near maximal confinement, we give various scaling laws to infer, for example, the vesicle velocity, its length, and the thickness of lubrication film. Finally, we present a coupled, hybrid continuum–coarse-grained model for the study of RBCs in fluid flows. This model is based on a combination of the vesicle model with a network of springs with fixed connectivity, representing the cytoskeleton. Numerical results show that this two-component vesicle–cytoskeleton model isable to extract the mechanical properties of RBCs and predict its dynamics in fluid flows

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Kaufmann, André. "Vers la simulation des grandes échelles en formulation Euler-Euler des écoulements réactifs diphasiques." Toulouse, INPT, 2004. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000131/.

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Abstract:

De nombreuses applications industrielles mettent en jeu des écoulements gaz-particules. La conception de ces applications nécessite la connaissance du comportement de la phase dispersée. Ce comportement a été principalement étudié grâce à des expériences ou plus récemment des simulations stationnaires statistiques. La simulation instationnaire simultanée de la phase porteuse et de la phase dispersée est souvent faite en utilisant le suivi Lagrangien des particules. Cette approche est cependant coûteuse numériquement dans les géométries industrielles avec des nombres de particules réalistes. Dans ce travail une méthode eulérienne instationnaire est proposée. Des tests numériques utilisant cette méthode et la comparaisons avec des simulations identiques utilisant un suivi lagrangien des particules montrent les possibilités et limites de la méthode.

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Kaufmann, André Cuenot Bénédicte. "Vers la simulation des grandes échelles en formulation Euler-Euler des écoulements réactifs diphasiques." Toulouse : INP Toulouse, 2005. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000131.

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Pétrissans, Anélie. "Sur les modèles stochastiques lagrangiens de suivi de particules dans un champ turbulent et leur application en écoulements gaz-solide confinés." Nancy 1, 2001. http://www.theses.fr/2001NAN10194.

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Abstract:

Ce travail repose sur l'approche lagrangienne de la dispersion de particules par un écoulement turbulent. L'agitation instantanée du fluide à la position d'une particule est prédite par une modélisation stochastique basée sur la connaissance des coefficients d'autocorrélation des fluctuations du fluide " vu " par la particule. Le modèle aléatoire proposé ARMA(2,1) est consistant avec les formes analytiques de Wang et Stock (1993) pour les fonctions d'autocorrélation du fluide vu. Une étude paramétrique de la dispersion de particules dans un champ turbulent homogène, isotrope et stationnaire a mis en évidence qu'une forme non-linéaire de la force de traînée peut rendre l'anisotropie du mouvement des particules discrètes plus prononcée. Notre étude a été étendue vers les écoulements gaz-solide en conduite. La comparaison de plusieurs modèles de dispersion montre que dans le cas de fines particules, il est indispensable de modéliser correctement le caractère non-homogène de la turbulence This work lies on the Lagrangian approach of particle dispersion in a turbulent flow. The fluid turbulent motion at the discrete particle location is predicted using a stochastic model based on the knowledge of the autocorrelation coefficient of the fluid " seen " by the particle. The proposed stochastic model ARMA(2,1) is consistent with Wang and Stock's analytical form (1993) describing the autocorrelation function of the fluid seen. A parametric study of the particle dispersion in a homogeneous, isotropic stationary turbulent flow has shown that a non-linear drag force can make the particle anisotropy more pronounced. Our study has been extended to gas-solid pipe flows. Several dispersion models have been compared. We have put emphasis that in the case of small particles it is very important to correctly model the non homogeneous character of the turbulent flow

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Djeddou, Mokhtar. "Étude de la dynamique des polluants particulaires dans un habitacle automobile." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0231.

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Abstract:

La pollution de l'air, en particulier celle due aux particules fines et ultrafines, a des effets délétères considérables sur la santé humaine. Plusieurs études ont établi un lien direct entre l'exposition à la pollution particulaire et diverses maladies respiratoires et cardiovasculaires. À l'intérieur des véhicules, la menace est d'autant plus préoccupante en raison de concentrations importantes de polluants particulaires recensées. Par conséquent, l'amélioration de la qualité de l'air dans l'habitacle des véhicules est désormais une priorité majeure pour les constructeurs automobiles. Dans ce contexte, cette thèse vise à comprendre l'environnement intérieur des véhicules en caractérisant la distribution spatiale des polluants, en particulier des particules fines et ultrafines, en fonction de leur taille ainsi que de paramètres tels que la topologie de l'écoulement et le niveau de turbulence. Ces connaissances permettront notamment de cibler des solutions localisées de purification de l'air, d'optimiser l'emplacement des micro-capteurs qui équiperont de plus en plus les futurs véhicules, et de proposer des solutions pour une gestion efficace des systèmes de filtration en fonction de la répartition de ces particules et de leurs concentrations dans l'habitacle. Tout d'abord, une attention particulière a été accordée à la modélisation de l'écoulement monophasique. Deux approches de modélisation numérique ont été adoptées : l'approche RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes), basée sur la résolution des champs moyens des équations de Navier-Stokes, et l'approche de simulation à grande échelle LES (Large Eddy Simulation), qui consiste à résoudre les grandes structures contenant la majeure partie de l'énergie cinétique et à modéliser la contribution des plus petites échelles. Dans le cas de l'approche RANS, divers modèles de fermeture du premier et du second ordre ont été testés et comparés. En outre, une analyse de la structure de turbulence de l'écoulement dans l'habitacle a été réalisée à l'aide de la méthode du diagramme d'anisotropie de Lumely (Anisotropy Invariant Mapping). Enfin, pour valider les résultats des modèles numériques, une campagne de mesures du champ de vitesse, basée sur la technique de l'anémométrie à fil chaud, a été menée dans l'habitacle d'une voiture de type SUV. Ensuite, la dynamique des polluants particulaires dans l'habitacle de la voiture a été étudiée à l'aide du modèle DIM (Diffusion-Inertia Model). Ce modèle eulérien de diffusion inertielle des particules permet de prendre en compte différents mécanismes de transport, notamment le transport par le champ moyen, l'effet des forces volumiques (i.e. la gravité), la déviation des particules par rapport aux lignes de courant du fluide (effets centrifuges), la diffusion brownienne et turbulente, et la turbophorèse ou le transport par les gradients d'énergie cinétique turbulente. Le modèle a d'abord été validé sur des configurations standard telles que la dispersion dans des enceintes ventilées de petite échelle, le dépôt dans des coudes circulaires à 90°, ainsi que dans le cas du transport de particules dans un jet rond. Le modèle a ensuite été appliqué à la simulation du transport de particules à l'intérieur d'un véhicule à grande échelle. L'influence de la taille des particules sur les champs de concentration internes a d'abord été analysée. Ensuite, l'influence de la présence de passagers a été étudiée. Enfin, une campagne de mesures de la concentration de particules dans l'habitacle a été réalisée afin d'évaluer la pertinence du modèle diphasique. Cette étude a permis le développement d'un modèle complet de simulation de la dispersion des polluants particulaires dans un habitacle en fonction de conditions de ventilation et de caractéristiques des particules Air pollution, especially that caused by fine and ultrafine particles, has significant deleterious effects on human health. Several studies have established a direct link between exposure to particulate pollution and various respiratory and cardiovascular diseases. Within vehicles, the threat is even more concerning due to the significant concentrations of particulate pollutants recorded. Therefore, improving air quality inside vehicle cabins is now a major priority for automotive manufacturers. In this context, this study aims to understand the interior environment of vehicles by characterizing the spatial distribution of pollutants, particularly fine and ultrafine particles, as a function of their size and parameters such as flow topology and turbulence level. This knowledge will be crucial for targeting localized air purification solutions, optimizing the placement of the micro-sensors that will equip future vehicles, and providing solutions for the more effective management of filtration systems as a function of the distribution and concentrations of these particles in the car cabin. First, special attention was devoted to modeling the single-phase flow. Two numerical modeling approaches have been adopted: the RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) approach, based on solving the mean flow fields of the Navier-Stokes equations, and the LES (Large Eddy Simulation) approach, which involves solving the large structures containing the major part of the kinetic energy and modeling the contributions of the smaller scales. In the case of the RANS approach, various closure models, of first- and second-order, have been tested and compared. Furthermore, the turbulence structure of the flow inside the car cabin has been analyzed using Lumley's Anisotropy Invariant Mapping method (AIM). Finally, to validate the results of the numerical models, a velocity field measurement campaign, based on hot-wire anemometry technique, was conducted inside the cabin of an SUV-type car. Next, the dynamics of particulate pollutants in the car cabin was studied using the Diffusion-Inertia Model (DIM). This Eulerian model of inertial particle diffusion takes into account various transport mechanisms, including transport by the mean field, the effect of volume forces (i.e., gravity), particle deviation from fluid streamline (centrifugal effects), Brownian and turbulent diffusion, and turbophoresis or transport by turbulent kinetic energy gradients. The model was first validated on standard configurations such as dispersion in small-scale ventilated enclosures, deposition in 90° circular bends, and particle transport in a round jet flow. The model was then applied to simulate particle transport inside a large-scale vehicle. The influence of particle size on internal concentration fields was first analyzed. Then, the influence of passenger presence was studied. Finally, a particle concentration measurement campaign was conducted in the cabin to assess the relevance of the two-phase model. This study has led to the development of a complete model for simulating the dispersion of particulate pollutants inside a car cabin based on ventilation conditions and particle characteristics

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Abbas, Micheline Climent Éric Simonin Olivier. "Auto-diffusion de particules dans un écoulement cisaillé des interactions hydrodynamiques aux effets collisionnels /." Toulouse : INP Toulouse, 2008. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000622.

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Nguyen, Minh Chau. "Hydrodynamic transport phenomena in suspension of microalgae : particle separation using pulsatile flow." Thesis, Université Paris Cité, 2021. http://www.theses.fr/2021UNIP7174.

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Abstract:

La séparation des particules est nécessaire dans de nombreuses applications en chimie, physique, biologie, domaines médicaux et biotechnologie. Par exemple, la récolte de biomasse, qui est l'une des étapes clés de la production de biocarburants à partir des microalgues et des cyanobactéries, est un processus complexe et coûteux (20-30 % du coût total) en raison de la petite taille et aussi de la faible différence entre la densité des micro-organismes et celle de leurs milieux de culture. Ainsi, de nouvelles techniques peu coûteuses sont nécessaires pour remplacer ou améliorer le processus de la séparation. Tandis que plusieurs méthodes passives et actives ont été proposées pour la séparation des particules en écoulement stationnaire, l'écoulement pulsé a reçu moins d'attention. Le but de cette étude est de déterminer les effets de la pulsation d'écoulement sur la séparation des particules dans un microcanal du type « double Y». Seulement l'un des deux écoulements entrants contient des particules et l'efficacité de la séparation est définie comme le rapport entre le nombre des particules s'échappant de la sortie opposée et le nombre total des particules. Les cellules mortes et motiles de Chlamydomonas reinhardtii sont respectivement utilisées comme particules passives et actives. Des expériences microfluidiques et des simulations sont réalisées pour chaque partie de l'étude et les principaux résultats sont résumés ci-dessous: Pour les particules passives: - Lorsque les écoulements entrants dans le microcanal sont stationnaires, le seul paramètre qui permet de contrôler la séparation des particules est le rapport entre les débits aux entrées. L'efficacité de la séparation augmente avec l'augmentation de ce rapport. Pour approcher l'efficacité maximale (0,5), ce rapport doit être supérieur à 20, ce qui n'est pas toujours pratique. - Lorsque les écoulements entrants sont pulsés avec un déphasage, le réglage de ce déphasage peut contrôler l'efficacité de la séparation. - Lorsque 0,5 < amplitude de pulsation < 2 et 1 s < période de pulsation < 10 s, l'efficacité de la séparation augmente avec le déphasage de sorte qu'un déphasage de 180° aboutit à une efficacité maximale. Une tendance similaire est observée pour des valeurs plus élevées de l'amplitude (comme beta = 5) uniquement si la période de pulsation est suffisamment petite. Pour les particules actives: - Les particules actives (cellules motile) n'obéissent pas au protocole de contrôle imposé par la pulsation à l'entrée du système. Comme les particules actives choisissent aléatoirement leur sortie du microcanal, l'efficacité de la séparation reste toujours proche de 0,5. Par conséquent, la pulsation de l'écoulement (seule) ne présente aucun avantage par rapport à un écoulement stationnaire pour la séparation des particules actives. - Cependant, lorsque le comportement phototactique des algues est activé, l'avantage de la pulsation devient évident. En présence d'une stimulation lumineuse, l'efficacité de la séparation augmente respectivement jusqu'à 65 % et 75 % dans les écoulements stationnaires et pulsés. Bien que nos expériences soient menées sur une algue modèle (Chlamydomonas reinhardtii), une simulation numérique a démontré que l'idée d'utiliser un écoulement pulsé peut être étendue à la séparation de toutes autres particules actives stimulées par un champ externe attractif ou répulsif. Ainsi, les applications potentielles peuvent aller au-delà de la récolte des algues pour le control et l'amélioration des processus de séparation, de sélection ou d'accumulation sans avoir besoin de composants mécaniques ou de substances chimiques Particle separation is an important requirement in chemistry, physics, biology, medical domains and biotechnology. For instance, the conventional biomass harvesting which is one of the key steps in production of biofuels from non-feed stocks such as microalgae and cyanobacteria, is a complex and costly process (20-30% of total cost) due to the small size and low-density difference of the photosynthesis microorganisms and their growth media. Thus, novel low-cost techniques are required to substitute or improve the downstream separation process. While a variety of active and passive techniques have been proposed for the separation process in steady flows, pulsatile flow has received much less attention. The purpose of this study is to determine the effects of flow pulsation on the separation of particles in a double Y-microchannel. Only one of the two entering flows contains the particles and the separation efficiency is defined as the ratio of the particles escaping from the opposite outlet to the total number of particles. Dead and motile cells of Chlamydomonas reinhardtii are used as passive and active particles, respectively. Both experiments and simulations are carried out for each part of the study. The key results can be summarized as follows: For passive particles: - When the inlet flows are in a steady regime, the only parameter that allows controlling the particle separation/distribution is the ratio between the flow rates at the inlets. The separation efficiency increases with increasing this ratio. To approach the maximum efficiency (0.5), this ratio should be more than 20, which is not always practical. - When the inlet flows are pulsating with a phase shift, adjusting the phase shift between the inlet flows can control the separation efficiency. - When 0.5 < pulsation amplitude < 2 and 1 s < pulsation period < 10 s, the separation efficiency increases with the phase shift such that phi = 180° gives the highest efficiency. A similar trend can be observed for higher values of amplitude (like beta = 5) only if the pulsation period is small enough. For active particles: - Active particles (motile cells) do not obey the control protocol imposed at the inlet of the system. The separation efficiency remains around 0.5 implying that active particles choose their exit from the microchannel randomly. Therefore, pulsation (alone) shows no advantage for separation of the active particles compared to a steady flow. - However, when the phototactic behavior of the algae is coupled with pulsatile flow features, the advantage of pulsation becomes clear. In the presence of light stimulation, the separation efficiency increases to 65% and 75% in steady and pulsatile flows respectively. Although the experiments are conducted on the well-known model alga, Chlamydomonas reinhardtii, a simplified numerical simulation demonstrated that the idea can be extended to any other active particle stimulated by an attractive or repulsive external field. Thus, the potential applications of pulsatile flow can go beyond algae harvesting to control and improve separation, selection or accumulation processes without using any mechanical component or chemical substance

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Mihiretie, Besira. "Effets mécaniques de la lumière sur des particules anisotropes micrométriques et dynamique du mouillage à l’interface eau-air." Thesis, Bordeaux 1, 2013. http://www.theses.fr/2013BOR14813/document.

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Abstract:

Nous présentons une série d’expériences sur des particules micrométriques de polystyrène de formes ellipsoïdales. Les rapports d’aspects (k) des particules sont variables, de 0.2 à 8 environ. Ces ellipsoïdes sont manipulés dans l’eau par faisceau laser modérément focalisé. On observe la lévitation et l’équilibre dynamique de chaque particule, dans le volume et au contact d’une interface, solide-liquide ou liquide-liquide. Dans une première partie, nous montrons que des particules de k modéré sont piégées radialement. Par contre, les ellipsoïdes allongés (k>3) ou aplatis (k<0.3) ne peuvent pas être immobilisés. Ces particules « dansent » autour du faisceau, dans un mouvement permanent associant translation et rotation. Les mouvements sont périodiques, ou irréguliers (chaotiques) selon les caractéristiques de la particule et du faisceau. Un modèle en 2d est proposé qui permet de comprendre l’origine des oscillations. La seconde partie est une application de la lévitation optique pour une étude de la transition mouillage total-mouillage partiel des particules à l’interface eau-air. Nous montrons que la dynamique de la transition ne dépend pratiquement pas de la forme de particule, et qu’elle est déterminée par le mécanisme d’accrochage-décrochage de la ligne de contact We report experiments on ellipsoidal micrometre-sized polystyrene particles. The particle aspect ratio (k) varies between about 0.2 and 8. These particles are manipulated in water by means of a moderately focused laser beam. We observe the levitation and the dynamical state of each particle in the laser beam, in bulk water or in contact to an interface (water-glass, water-air, water-oil). In the first part, we show that moderate-k particles are radially trapped with their long axis lying parallel to the beam. Conversely, elongated (k>3) or flattened (k<0.3) ellipsoids never come to rest, and permanently “dance” around the beam, through coupled translation-rotation motions. The dynamics are periodic or irregular (akin to chaos) depending on the particle type and beam characteristics. We propose a 2d model that indeed predicts the bifurcation between static and oscillating states. In the second part, we apply optical levitation to study the transition from total to partial wetting of the particles at the water-air interface. We show that the dynamics of the transition is about independent of particle shape, and mainly governed by the pinning-depinning mechanism of the contact line

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Octau, Charlène. "Contribution à l’étude de la génération et de la dynamique de particules émises lors du freinage : application au freinage ferroviaire." Thesis, Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France, 2019. http://www.theses.fr/2019UPHF0008.

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Abstract:

Ce travail porte sur une problématique pluridisciplinaire qui combine la caractérisation expérimentale des particules émises au cours du freinage d’un train et la modélisation numérique du transport de ces dernières dans le but de prédire leur comportement dynamique suite à leur génération. Ces particules peuvent présenter un réel risque sanitaire pour les usagers qui empruntent chaque jour les transports en communs, de par leur taille submicronique et leur composition. Il est important d’identifier leurs caractéristiques physiques propres (distribution en taille, forme, composition, etc.) mais également dynamiques (vitesse d’éjection, trajectoire préférentielle, concentration, etc.) afin d’évaluer ce dont les usagers peuvent être exposés et éventuellement s’en prémunir. Pour ce faire, un banc d’essai de freinage a été mis au point pour générer des particules dans des conditions représentatives d’un parcours type d’un train et sous des sollicitations particulières de freinage. Les caractéristiques des particules obtenues suite à des analyses, semblent montrer une influence des conditions de sollicitation de freinage sur les caractéristiques des particules émises. Ces différentes données sont essentielles pour pouvoir prédire le comportement dynamique des particules, et servent de données d’entrée pour l’implémentation de modèles numériques simulant le transport des particules dans l’air This work focuses on a multidisciplinary problem that combines the experimental characterization of particles emitted during train braking and the numerical modeling of their transport in order to predict their dynamic behavior following their generation. These particles can present a real health risk for users who commute by public transport every day, due to their submicronic size and composition. It is important to identify their specific physical characteristics (size distribution, shape, composition, etc.) but also their dynamics (ejection speed, preferential trajectory, concentration, etc.) in order to know what users can be exposed to and possibly protect themselves from. To this end, a brake test bench has been developed to generate particles under conditions representative of a typical train route and under particular braking conditions. The characteristics of the particles obtained following analysis seem to show an influence of the braking stress conditions on the characteristics of the emitted particles. These different data are essential to predict the dynamic behavior of particles, and provide input data for the implementation of numerical models simulating particle transport in the air

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Sulaiman, Mostafa. "Etude par simulations numériques de l'effet d'une réaction chimique sur le transfert de matière dans un lit fixe de particules." Thesis, Toulouse, INPT, 2018. http://www.theses.fr/2018INPT0114/document.

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Abstract:

Nous avons étudié l'effet d'une réaction chimique sur le transfert de matière pour des systèmes à deux phases sous écoulement. La phase continue est une phase fluide et la phase dispersée est constituée de particules de catalyseur au sein desquelles une réaction chimique irréversible de premier ordre a lieu. Le soluté réactif est transporté par l'écoulement externe de fluide et pénètre dans la particule par diffusion, il se produit alors une réaction chimique qui consomme cette espèce. Nous modélisons le problème par un couplage interne-externe des équations de bilan et au moyen de deux conditions limites de raccordement: continuité de la concentration et équilibre des flux de masse à la surface des particules. Le cas d'une seule sphère isolée est traitée en premier lieu de manière théorique et numérique. Nous proposons un modèle pour prédire le coefficient de transfert de masse (nombre de Sherwood «réactif») en tenant compte de la convection-diffusion externes et du couplage diffusion-réaction internes. Nous validons le modèle en le comparant à des simulations numériques directes pleinement résolues (DNS boundaryfitted) sur un maillage adapté à la géométrie des particules. Pour la simulation de systèmes multiparticules, nous mettons en œuvre une méthode d'interface «Sharp» pour traiter les fronts raides de concentration. Nous validons la mise en œuvre de la méthode sur des solutions analytiques existantes en cas de diffusion, de diffusion-réaction et par comparaison avec des corrélations de convection-diffusion disponibles dans la littérature. Dans le cas d'une réaction chimique en présence de convection-diffusion, nous validons la méthode et nous évaluons sa précision en comparant avec les simulations pleinement résolues de référence. Ensuite, nous étudions le problème de l'écoulement et du transfert autour de trois sphères alignées soumis à une réaction chimique interne. Nous proposons un modèle de nombre de Sherwood «réactif» en complément d'une prédiction de transfert pour chaque sphère disponible dans la littérature. Nous validons le modèle par comparaison avec des simulations numériques directes pour une large gamme de paramètres adimensionels. Ensuite, nous étudions la configuration du lit fixe de particules de catalyseur. Nous modélisons le profil de concentration moyenne, en tenant compte de la réaction chimique dans le lit et les profils de concentration moyenne surfacique et volumique des particules. Nous introduisons un modèle pour le nombre de Sherwood «réactif» qui est comparé à des simulations numériques pour en évaluer les limites de validité We studied the effect of a first order irreversible chemical reaction on mass transfer for two-phase flow systems in which the continuous phase is a fluid and the dispersed phase consists in catalystspherical particles. The reactive solute is transported by the fluid flow and penetrates through the particle surface by diffusion. The chemical reaction takes place within the bulk of the particle. Wehandle the problem by coupling mass balance equations for internal-external transfer with two boundary conditions: continuity of concentration and mass flux at the particle surface. We start with the case of a single isolated sphere. We propose a model to predict mass transfer coefficient (`reactive' Sherwood number) accounting for the external convection-diffusion along with internal diffusion-reaction. We validate the model through comparison with fully resolved Direct Numerical Simulations (DNS) performed by means of a boundary-fitted mesh method. For the simulation of multi-particle systems, we implemented a Sharp Interface Method to handle strong concentration gradients. We validate the implementation of the method thoroughly thanks to comparison with existing analytical solutions in case of diffusion, diffusion-reaction and by comparison with previously established correlations for convection-diffusion mass transfer. In case of convectiondiffusion- reaction, we validate the method and we evaluate its accuracy through comparisons with single particle simulations based on the boundary-fitted method. Later, we study the problem of three aligned-interacting spheres with internal chemical reaction. We propose a `reactive' Sherwood number model based on a known non-reactive prediction of mass transfer for each sphere. We validate the model by comparison with direct numerical simulations for a wide range of dimensionless parameters. Then, we study the configuration of a fixed bed of catalyst particles. We model the cup-mixing concentration profile, accounting for chemical reaction within the bed, and the mean surface and volume concentration profiles of the particles. We introduce a model for `reactive' Sherwood number that accounts for the solid volume fraction, in addition to the aforementioned effects. We compare the model to numerical simulations to evaluate its limitations

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Brändle, de Motta Jorge César. "Simulation des écoulements turbulents avec des particules de taille finie en régime dense." Thesis, Toulouse, ISAE, 2013. http://www.theses.fr/2013ESAE0020/document.

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Abstract:

Un grand nombre d'écoulements naturels et industriels mettent en jeu des particules (sédimentation,lit fluidisé, sprays...). Les écoulements chargés en particules sont bien décrits numériquement sous l'hypothèse des particules plus petites que toutes les échelles de l'écoulement. Cette thèse consiste à simuler numériquement une turbulence homogène et isotrope soutenue chargée en particules dont la taille est supérieure à l'échelle de Kolmogorov. Pour se faire une méthode de simulation a été développée au sein du code Thétis puis validée. L'originalité de cette méthode consiste en l'utilisation d'une approche de pénalisation associée à la viscosité dans la zone solide. Les particules sont transportées de façon lagrangienne. Les principaux résultats concernent trois simulations faisant varier le rapport de densité entre le fluide et le solide. Chaque simulation simule le mouvement de 512particules avec un diamètre 22 fois plus grand que l'échelle spatiale de Kolmogorov remplissant ainsi3% du volume total. La dispersion des particules est étudiée et montre des comportements comparables à ceux observés pour des particules ponctuelles. Un intérêt particulier est porté sur le régime collisionnel. On observe que la corrélation des vitesses avec le fluide environnant réduit le nombre de chocs frontaux par rapport au cas théorique de particules d'un gaz dense. L'effet de la prise en compte du fluide visqueux entre les particules (couche de lubrification) lors de la collision a été étudiée. L'écoulement moyen à l'échelle des particules est aussi analysé, mettant en évidence l'existence d'une couche de dissipation autour des particules Many applications and natural environment flows make use of particles (sedimentation, fluidized bed,sprays...). Particle laden flows are described correctly by numerical methods when the particles are smaller than all other spatial scales of the flow. This thesis involves the numerical simulation of a particle laden sustained homogeneous isotropic turbulence whose particle's size is larger than the Kolmogovov spatial scale. A numerical method has been developed and validated in the numerical code Thetis. The novelty of this method is the viscosity penalization approach. The particles are tracked by a Lagrangian way. The main results obtained are related to three simulations where the density ratio between the solid and the fluid varies. Each simulation reproduces the movement of 512particles whose diameter is 22 times the Kolmogorov spatial scale (3% volumetric solid fraction).The dispersion of particles is studied and has similar behavior than those observed with point particles simulations. The collision regime is also investigated. It is shown that he number of frontal collision is lower than its estimate for kinetic theory of gazes because there is a correlation between the particles velocity and the surrounding fluid. The modification of the collision regime when the lubrication film between particles at collision is taken into account is studied. Finally, the averaged flow around particles is analyzed and shows that there is a dissipation layer around particles

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Li, Xiaozhao. "Étude numérique du mouvement et de la déformation d'une capsule suspendue dans un écoulement visqueux." Compiègne, 1987. http://www.theses.fr/1987COMPD088.

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Abstract:

Le terme "capsule" représente l'ensemble des particules constituées d'une goutte d'un liquide visqueux entourée d'une interface déformable. Selon les propriétés des constituants, une capsule peut représenter une goutte liquide classique, une vésicule artificielle, un globule rouge humain, etc. . . . Une propriété remarquable de ces particules est leur grande déformabilité qui a des conséquences pratiques très importantes dans des domaines tels que la réhologie des suspensions de particules déformables : la circulation des suspensions dans des milieux poreux, la microcirculation humaine, etc. . . La détermination du mouvement et de la déformation d'une capsule en suspension dans un liquide en écoulement est un problème du type "surface libre" où la mécanique des structures et celle des fluides sont étroitement couplées. Nous proposons dans cette thèse un modèle numérique basé sur une formulation intégrale des équations de Stokes permettant d'aborder les grandes déformations d'une capsule et d'en étudier la physique. Dans le cas d'une capsule suspendue dans un écoulement élongationnel, les effets des propriétés géométriques et mécaniques de la capsule sur sa déformation globale ont été étudié de façon systématique et le rôle déterminant de l'indice de sphéricité de la capsule sur sa déformation a été mise en évidence. Nous avons pu prédire, lorsque le taux de cisaillement de l'écoulement dépasse un certain seuil, l'éclatement de la capsule, phénomène connu expérimentalement mais jamais prédit théoriquement jusqu'à présent. L'étude du passage d'une capsule dans une constriction nous a permis d'établir les relations entre la perte de charge et la vitesse de déplacement de la particule en fonction des propriétés mécaniques de la membrane, de la géométrie initiale de la capsuel et celle de la constriction. Ces résultats permettent de prédire les conditions de filtration d'une suspension à travers un milieu de porosité donnée et d'interpréter des expériences de filtration sur des suspensions d'hématies humaines.

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Feia, Sadok. "Effet de l’injection d’eau de production sur la perméabilité des réservoirs pétroliers non cimentés." Thesis, Paris Est, 2015. http://www.theses.fr/2015PEST1052/document.

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Abstract:

Des phénomènes de colmatage de la structure granulaire des réservoirs pétroliers sont observés lors de la réinjection d'eau de production dans le réservoir (endommagement hydrique). Le dépôt des particules solides en suspension dans l'eau de production peut engendrer une réduction de la perméabilité du réservoir notamment autour des puits d'injection. Il en résulte une diminution significative de l'injectivité des puits. L'objectif de cette thèse est d'étudier le processus de transport et de dépôt des particules solides dans un réservoir de sable et son influence sur la perméabilité du milieu. Nous étudions également l'influence de certains paramètres tels que : la concentration en particules, le débit d'injection, la taille de particules injectées, la taille des pores du milieu et la rugosité de la surface des grains. La finalité de ce travail est de proposer un modèle prédictif de transport-dépôt-endommagement afin de pouvoir estimer la pérennité du système. Dans ce but, une campagne d'essais expérimentaux est menée sur le processus de transport et de dépôt des particules siliceuses de taille de quelques microns dans une éprouvette de sable dense. Ces essais ont été réalisés sur trois dispositif différents ; deux dispositifs d'injection unidimensionnelle (colonne d'injection et cellule d'injection) et un dispositif d'injection radiale en chambre d'étalonnage en vue de simuler les conditions d'injection en puits. Dans ces essais, les conditions hydrauliques sont contrôlées et la concentration en particules dans la suspension est imposée. Au cours de l'injection, le suivi de l'évolution de la pression interstitielle est réalisé en utilisant des capteurs de pression installés à différents endroits dans le milieu. La concentration des particules dans le fluide sortant est mesurée en utilisant un turbidimètre installé à la sortie du milieu. L'étude expérimentale réalisée sous différentes conditions a permis de mettre en évidence une forte hétérogénéité du dépôt des particules dans le milieu poreux. Cette hétérogénéité se traduit par la formation d'un cake interne et/ou externe au voisinage du point d'injection. L'analyse de ce cake montre un milieu à double porosité avec deux familles de pores correspondant à la porosité interne des agglomérats formés par les particules déposées et la porosité du sable réduite progressivement par le dépôt de ces derniers. Une étude paramétrique a permis de mettre en évidence une distinction entre l'effet des faibles et des fortes concentrations, ainsi que l'importance de l'effet du débit d'injection, de la taille des pores, de la taille des particules de la suspension ainsi que de la rugosité de la surface des grains. Ce travail expérimental s'accompagne d'une modélisation des phénomènes de transport et de dépôt des particules dans un milieu poreux. Dans un premier temps, nous avons utilisé un modèle de convection dans lequel la loi décrivant le dépôt des particules prend en compte la densité des particules déposées ainsi que le relargage des particules. Les paramètres de la loi constitutive de dépôt, ainsi qu'une loi empirique porosité-perméabilité ont été calibrés en simulant les résultats expérimentaux d'essais d'injection en cellule sous différentes conditions. Un nouveau modèle semi analytique basé sur le modèle d'Eylander (1988) a été développé dans lequel nous prenons en compte une distribution spatiale des particules déposées et une double porosité du milieu (cake et milieu granulaire). Cette distribution est inspirée du modèle convection étudié auparavant. La simulation d'essais d'injection en cellule a permis de montrer les capacités du modèle pour la prédiction des variations de la pression en cours de l'essai. Ce modèle permet une prédiction de l'évolution de la perméabilité pendant l'injection de façon plus simple et directement applicable dans l'ingénierie de réservoirs Hydraulic damage and plugging of the granular structure of oil reservoirs are commonly observed during the re-injection of produced water. These phenomena can lead to a significant decrease of the reservoir permeability around the injectors and affect the injectivity of these wells. The objective of this thesis is to study the transport and deposition process of solid particles in a sand reservoir and its influence on the permeability of the medium. We also study the influence of certain parameters such as particle concentration, injection flow rate, the size of injected particles, the pore size of the medium and the surface roughness of the grains. The aim of this work is to propose a predictive model of transport-deposition-damage in order to estimate the durability of the system. For this purpose, an experimental program was conducted on the transport and deposition process of the siliceous particles of size of a few microns in dense sand specimens. These tests were carried out on three different devices; two one-dimensional injection devices (injection column and injection cell) and a radial injection device in “chambre d'étalonnage” in order to simulate the injection wells conditions. In these tests, the flow conditions are controlled and the concentration of particles in the suspension is imposed. During injection, the monitoring of the evolution of pore pressure is carried out using pressure sensors located in different places in the medium. The particle concentration in the outgoing fluid is measured using a turbidimeter installed at the outlet. The experimental study carried out under different conditions allowed to highlight a highly heterogeneous particle deposition in the porous medium. This heterogeneity results in the formation of an internal and/or external cake in the vicinity of the injection point. The analysis of this cake shows a double porosity medium with two pore families corresponding to the internal porosity of the agglomerates formed by the deposited particles and porosity of the sand gradually reduced by the particles deposition. A parametric study permitted to show a distinction between the effect of low and high particles concentrations, as well as the importance of the effect of injection flow rate, the pore size, the particle size of the suspension and the roughness of the surface of the grains. This experimental work is associated with modelling of transport and deposition of particle in a porous medium. We used first the convection model in which a constitutive law describing the particle deposition takes into account the effects of the deposited particles concentration and the release of particles. The parameters of the particle deposition constitutive law as well as an empirical porosity-permeability law have been calibrated by simulation of the results of injection tests performed in the injection cell under different conditions. A semi-analytical model based on the Eylander (1988) model was developed in which we take into account a spatial distribution of the deposited particles and a double porosity of the medium (cake and granular medium). This distribution is inspired from the results if convection model studied before. The simulation of the results of injection experiments permitted to show the performances of this model for prediction of the pore pressure evolution during the fluid injection. This model allows prediction of the permeability evolution in a simpler and directly applicable manner in the reservoir engineering

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Lefèvre, Delphine. "Étude expérimentale, modélisation et simulation de la filtration lors de l'écoulement d'une résine chargée de particules à travers un renfort fibreux dans les technologies LCM." Lille 1, 2007. http://www.theses.fr/2007LIL10144.

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Abstract:

La fabrication de pièces composites à matrice organique chargée de particules par un procédé de type LCM (Liquid Composite Molding) soulève le problème de l'écoulement du mélange de la résine avec les charges à travers le renfort fibreux. L'augmentation de la viscosité due aux particules, d'une part, et la filtration éventuelle des charges par le réseau fibreux, d'autre part, sont deux phénomènes à considérer car ils peuvent engendrer d'importants défauts de fabrication. Cette étude, volontairement limitée à une géométrie 1D, comporte une phase expérimentale et une phase de modélisation à l'échelle macroscopique, complémentaires l'une de l'autre, et menées en parallèle. Un moyen simple de mesure de la quantité de charges présentes dans la pièce en fin d'injection a d'abord été mis au point. Des essais d'injection de pièces, menés dans différentes conditions expérimentales, ont mis en évidence l'existence de deux comportements de filtration distincts. La modélisation est basée sur une équation de conservation de la masse et trois équations constitutives. Le modèle de filtration proposé dépend de deux paramètres physiques et d'un seul paramètre numérique, qui ont été identifiés par méthode inverse à partir des résultats expérimentaux. Enfin, la résolution du modèle développé est couplée à celle de l'écoulement d'un fluide à travers un renfort fibreux. Les résultats de la simulation, tant pour le profil de concentration de charges dans la pièce que pour le temps d'injection, sont très satisfaisants et viennent valider la démarche générale de cette étude.

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Louvet, Nicolas. "Étude multi-échelles du transport de particules dans les mousses liquides." Phd thesis, Université Paris-Est, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00541198.

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Abstract:

Nous étudions expérimentalement différentes configurations du transport de particules solide dans le réseau de canaux fluides (bords de Plateau) d'une mousse liquide. Dans un premier temps, la perméabilité de la mousse est mesurée à l'échelle d'un canal fluide puis de l'ensemble du réseau de canaux pour deux solutions moussantes conférant des mobilités interfaciales significativement différentes. Un modèle d'écoulement, basé sur une description fine de la géométrie des canaux de la mousse ainsi que sur un nombre de Boussinesq constant pour une solution donnée, permet de rendre compte de tous les résultats expérimentaux sur une large gamme de fraction volumique de liquide. Dans un second temps nous mesurons, à l'échelle d'un canal fluide, la vitesse d'une particule convectée par le liquide pour différents rapports d'aspect particule / canal. Pour des petits rapports d'aspects, nous mesurons des vitesses de particules anormalement faibles. Ces mesures nous permettent de mettre en évidence des contre-écoulement à la jonction du bord de Plateau et des films. Pour expliquer cet effet, nous proposons un modèle de recirculation du tensioactif faisant intervenir l'élasticité de Gibbs. Nous abordons ensuite le cas d'une particule piégée dans le réseau de canaux de la mousse. Nous abordons ensuite le cas d'une particule piégée dans le réseau de canaux de la mousse. Nous montrons que le seuil de rétention de la particule est déterminé par l'équilibre des forces hydrodynamique et capillaire. Finalement, le cas du colmatage d'un nœud de mousse est abordé

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Feliachi, Ouassim. "From Particles to Fluids : A Large Deviation Theory Approach to Kinetic and Hydrodynamical Limits." Electronic Thesis or Diss., Orléans, 2023. http://www.theses.fr/2023ORLE1063.

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Abstract:

Comprendre comment décrire un système avec des équations macroscopiques, qui sont généralement déterministes, en partant d'une description microscopique, qui peut être stochastique, est le problème fondamental de la physique statistique. Souvent, cette tâche implique au moins deux limites : une limite "grand N" et une limite "d'équilibre local". La première permet de décrire un système de N particules par une fonction de distribution dans l'espace des phases, tandis que la seconde reflète la séparation des échelles de temps entre l'approche rapide de l'équilibre local et l'évolution lente des modes hydrodynamiques. En supposant ces deux limites, on obtient une description macroscopique déterministe. Pour des raisons à la fois théoriques et de modélisation (N est grand mais pas infini, la séparation des échelles de temps n'est pas parfaite), il est parfois important de comprendre les fluctuations autour de cette description macroscopique. L'hydrodynamique fluctuante fournit un cadre pour décrire l'évolution des champs macroscopiques tout en prenant en compte les fluctuations induites par le nombre de particules finies dans la limite hydrodynamique. Cette thèse traite de la dérivation de l'hydrodynamique fluctuante à partir de la description microscopique de la dynamique des particules. La dérivation de l'hydrodynamique fluctuante se fait en deux étapes. Premièrement, la limite "grand N" doit être affinée pour prendre en compte les fluctuations au-delà du comportement moyen du système. Pour ce faire, nous utilisons la théorie des grandes déviations pour établir des principes de grandes déviations qui décrivent la probabilité de tout chemin d'évolution pour le système de particule au-delà du chemin le plus probable décrit par l'équation cinétique. Ensuite, nous dérivons la l'hydrodynamique fluctuante en étudiant la limite hydrodynamique du principe de grande déviation cinétique, ou l'équation cinétique fluctuante associée. Ce manuscrit contient l'explication de ce programme et son application à divers systèmes physiques allant du gaz dilué aux particules actives The central problem of statistical physics is to understand how to describe a system with macroscopic equations, which are usually deterministic, starting from a microscopic description, which may be stochastic. This task requires taking at least two limits: a “large N ” limit and a “local equilibrium” limit. The former allows a system of N particles to be described by a phase-space distribution function, while the latter reflects the separation of time scales between the fast approach to local equilibrium and the slow evolution of hydrodynamic modes. When these two limits are taken, a deterministic macroscopic description is obtained. For both theoretical and modeling reasons (N is large but not infinite, the time-scale separation is not perfect), it is sometimes important to understand the fluctuations around this macroscopic description. Fluctuating hydrodynamics provides a framework for describing the evolution of macroscopic, coarse-grained fields while taking into account finite- particle-number induced fluctuations in the hydrodynamic limit. This thesis discusses the derivation of fluctuating hydrodynamics from the microscopic description of particle dynamics. The derivation of the fluctuating hydrodynamics is twofold. First, the “large N” limit must be refined to account for fluctuations beyond the average behavior of the system. This is done by using large deviation theory to establish kinetic large deviation principles that describe the probability of any evolution path for the empirical measure beyond the most probable path described by the kinetic equation. Then, the fluctuating hydrodynamics is derived by studying the hydrodynamical limit of the kinetic large deviation principle, or the associated fluctuating kinetic equation. This dissertation discusses this program and its application to several physical systems ranging from the dilute gas to active particles

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Seguin, Antoine. "De la pénétration en milieu granulaire." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00727081.

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Abstract:

L'objectif de ce travail réside dans la compréhension de la force sur un objet pénétrant un milieu granulaire. À partir de mesures de forces sur un cylindre en pénétration à vitesse constante, nous avons caractérisé cette force qui est indépendante de la vitesse imposée, proportionnelle au diamètre du cylindre et varie non-linéairement avec la taille des grains. En complément, nous avons mesuré le champ de vitesse des grains : celui-ci est stationnaire et l'écoulement est incompressible. On observe une localisation du cisaillement dans une zone proche du cylindre avec une dépendance spatiale exponentielle gouvernée par le diamètre du cylindre. Un modèle hydrodynamique s'appuyant sur la théorie cinétique étendue aux régimes d'écoulements denses reproduit correctement cette localisation et fournit des lois d'échelles pour la force similaires aux résultats expérimentaux. En dé finissant un nombre de Reynolds granulaire, nous avons montré que ce régime est l'équivalent d'un régime visqueux de Stokes à petit nombre de Reynolds. Il existe une transition vers un autre régime à grand Reynolds où les pro fils de vitesses perdent leur symétrie amont-aval et la force change sans doute d'expression. Enfin, le cas de l'impact d'un projectile où ces deux régimes existent successivement a aussi été étudié expérimentalement et numériquement. L'existence d'un terme supplémentaire de force proportionnelle au carré de la vitesse est sans doute issue du régime à grand Reynolds. Les deux termes donnent lieu à deux temps caractéristiques dont le temps d'arrêt est fonction et à l'origine d'un temps d'arrêt plus court pour une vitesse d'impact plus grande.

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Château, Joris. "Fragmentation d'une suspension de particules solides." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0367.

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Abstract:

Cette thèse aborde la fragmentation d'un milieu lui-même divisé, en l'occurrence, un liquide visqueux contenant des billes ou fibres solides interagissant uniquement mécaniquement. Des expériences sur des ponts et jets capillaires étirés permettent de distinguer un étirement newtonien du jet de sa brisure catastrophique résultant d'effets de taille finie. La phase d'étirement est déterminée par une viscosité élongationnelle, indiscernable de celle de cisaillement pour des billes, et en accord avec des prédictions existantes supposant un alignement des fibres avec le jet. La brisure est caractérisée par le diamètre du jet auquel elle se manifeste. Ces éléments permettent d'expliquer la longueur d'un jet de suspension mesurée sur une large gamme de débits, viscosités du liquide et tailles des billes, couvrant les régimes d'étirement visqueux et inertiel et les régimes où les effets capillaires dominent ou sont écrantés par les effets de taille finie. Ils serviront de base à la compréhension des tailles gouttes produites par la fragmentation et documentées ici This thesis address the fragmentation of a media which is itself divided, which is is this case a viscous liquid containing solid beads or fibers that are only interacting through mechanical contacts. Experiments on capillary bridges and elongated capillary jets are carried out in order to distinguish a Newtonian elongation from a catastrophic break-up, the latter resulting from the discrete size effects. The stretching regime is determined by an elongational viscosity, indistinguishable from shear viscosity in the case of the beads, and in agreement from existing theories for aligned fibers in the jet. The break-up is characterized by the diameter at which it occurs. All these elements allow to explain the length of a jet of suspension, measured over a wide range of debits, liquid viscosity and beads diameter, for the viscous and inertial stretching and regimes where capillary effects dominates or are screened by finite size effects. They will be useful for the understanding of the droplets sizes produced during the fragmentation, documented in this manuscript

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Jung, Jennifer. "Application des fluides supercritiques à la génération de particules." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2001. http://www.theses.fr/2001INPL106N.

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Abstract:

La présente étude décrit différents procédés permettant la formation de particules de principesactifs par technologie supercritique. Trois domaines posant de nombreux problèmes àl'industrie pharmaceutique ont été abordés. Dans un premier temps, pour apporter une solution au problème de dissolution dans les milieux aqueux, les procédés RESS et ASES ont été mis en oeuvre afin de produire des particules submicroniques de forme et de structure variées. Les résultats expérimentaux ont confirmé l'effet positif de la réduction de taille des particules sur la cinétique de dissolution. D'autre part, deux nouveaux procédés, basés sur la complexation avec des molécules de type cyclodextrine, ont permis d'améliorer la solubilité aqueuse des principes actifs. Dans un deuxième temps, 1' examen de la propriété industrielle a permis de mettre au point un procédé original de formation de microparticules de protéine à libération contrôlée. La modification de certains paramètres permet de retarder la libération des protéines tout en conservant leur activité. Enfin, une nouvelle technique utilisant le concept d'émulsion a permis de former de fines particules de bio-molécules à partir de solutions aqueuses. Les avantages combinés des émulsions et des fluides supercritiques permet de réaliser la déshydratation en préservant l'activité des molécules This study concems different processes using supercritical fluids for micronization of actives. Three fields being particularly problematic in the pharmaceutical industry were investigated. The first domain to be examined is the processing of molecules having a low solubility in aqueous media. To solve this problem, the RESS and ASES processes were used and allowed to produce submicronic particles with various shape and structure. Experimental results confirmed that particle size reduction helps to enhance the dissolution kinetic. Additionaly, two new processes, based on complexation with cyclodextrine derivatives, were successfully developed to increase water solubility of low-soluble molecules. In a second step, an original process allowed to form microparticles of protein with controlled delivery. By changing process parameters, delivery could be delayed from minutes to hours while protein activity was conserved. In a last part, a new process using emulsions was tested to form fine biomolecules particles using aqueous solutions. The combination of the emulsion and the supercritical fluid advantages allowed to produce dry particles while keeping their activity

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Hajjar, Ahmad. "Analytical, numerical, and experimental investigations of particle transport in fractures with flat and corrugated walls." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0198/document.

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Abstract:

Le but de cette thèse est d'étudier le transport et le dépôt de particules solides dans les écoulements à travers les fractures. Dans un premier temps, l'écoulement monophasique à travers les fractures est étudié afin d'évaluer la validité de la loi cubique locale comme modèle de l'écoulement. Des canaux à parois sinusoïdales à géométrie variable sont utilisés pour représenter différents types de fractures. Un premier développement analytique montre que l'ouverture hydraulique de la fracture diffère de son ouverture moyenne lorsque la rugosité des parois est élevée. La méthode des éléments finis est ensuite utilisée pour résoudre les équations de continuité et de Navier-Stokes et comparer les solutions numériques aux prédictions théoriques de la loi cubique locale sur une gamme relativement étendue de nombres de Reynolds Re. Pour de faibles Re, typiquement inférieurs à 15, la loi cubique locale décrit raisonnablement l'écoulement, surtout lorsque la rugosité et le déphasage entre les parois sont relativement faibles. Dans un deuxième temps, les écoulements chargés de particules sont étudiés. Une approche analytique est d'abord développée pour montrer comment des particules distribuées dans un écoulement stationnaire et laminaire à travers une fracture peuvent être transportées sur de longues distances ou au contraire se déposer à l'intérieur. Plus précisément, une équation simple décrivant la trajectoire d'une particule est établie. Sur la base de cette équation, il est démontré que, quand l'inertie des particules est négligeable, leur comportement dépend directement de la géométrie de la fracture et d'un nombre adimensionnel W qui relie la vitesse de sédimentation des particules à la vitesse moyenne de l'écoulement. L'équation proposée est vérifiée en comparant ses prédictions à des simulations numériques de suivi de particules prenant en compte l'inertie des particules et résolvent complètement les équations de Navier-Stokes. Il est montré que l'équation est valide lorsque l'inertie du fluide est faible. Des diagrammes de régimes, permettant de prévoir le comportement des particules à travers la fracture sont proposés. Enfin, un appareil expérimental conçu dans le but d'effectuer une évaluation pratique du modèle analytique est présenté et les résultats préliminaires sont discutés. Les résultats expérimentaux préliminaires tendent valider le modèle analytique. De façon plus générale, les résultats obtenus à travers ce travail de thèse font progresser nos connaissances du comportement des petites particules transportées dans les écoulements de fractures. Potentiellement, ce travail devrait permettre d'améliorer notre prévision de la pollution souterraine, et peut avoir des applications dans le développement de nouvelles techniques de filtration de l'eau et de séparation des minéraux The aim of the present thesis is to study the transport and deposition of small solid particles in fracture flows. First, single-phase fracture ow is investigated in order to assess the validity of the local cubic law for modeling ow in corrugated fractures. Channels with sinusoidal walls having different geometrical properties are considered to represent different fracture geometries. It is analytically shown that the hydraulic aperture of the fracture clearly deviates from its mean aperture when the walls roughness is relatively high. The finite element method is then used to solve the continuity and the Navier-Stokes equations and to simulate fracture ow in order to compare with the theoretical predictions of the local cubic law for Reynolds numbers Re in the range 0.067-67. The results show that for low Re, typically less than 15, the local cubic law can properly describe the fracture ow, especially when the fracture walls have small corrugation amplitudes. For Re higher than 15, the local cubic law can still be valid under the conditions that the fracture presents a low aspect ratio, small corrugation amplitude, and moderate phase lag between its walls. Second, particle-laden flows are studied. An analytical approach has been developed to show how particles sparsely distributed in steady and laminar fracture flows can be transported for long distances or conversely deposited inside the channel. More precisely, a rather simple particle trajectory equation is established. Based on this equation, it is demonstrated that when particles' inertia is negligible, their behavior is characterized by the fracture geometry and by a dimensionless number W that relates the ratio of the particles sedimentation terminal velocity to the ow mean velocity. The proposed particle trajectory equation is verified by comparing its predictions to particle tracking numerical simulations taking into account particle inertia and resolving the full Navier-Stokes equations. The equation is shown to be valid under the conditions that ow inertial effects are limited. Based on this trajectory equation, regime diagrams that can predict the behavior of particles entering closed channel flows are built. These diagrams enable to forecast if the particles entering the channel will be either deposited or transported till the channel outlet. Finally, an experimental apparatus that was designed to have a practical assessment of the analytical model is presented. Preliminary experimental results tend to verify the analytical model. Overall, the work presented in this thesis give new insights on the behavior of small particles in fracture flows, which may improve our prediction and control of underground contamination, and may have applications in the development of new water filtration and mineral separation techniques

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Sarrot, Vincent. "Capture de fines particules par des inclusions fluides." Toulouse, INSA, 2006. http://eprint.insa-toulouse.fr/archive/00000189/.

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Abstract:

Cette étude concerne le mécanisme de collision entre une bulle sphérique et des particules dont le diamètre reste inférieur à quelques pourcents du diamètre de la bulle. Cette situation correspond à celle rencontrée dans la phase d’initiation du processus de capture dans des procédés de flottation. La détermination de l’efficacité s’appuie sur des mesures expérimentales et sur des simulations numériques directes (DNS). D’un point de vue expérimental, une cellule de flottation à bulles isolées à été conçue dans le but de mesurer l’efficacité de capture. De petites bulles sphériques sont produites par un capillaire, puis traversent une suspension de micro-billes de verre. Les particules capturées par la bulle sont dénombrées dans un compteur de particules. Les résultats sont analysés et les ordres de grandeur comparés favorablement à ceux de Ralston et al. (1999a). La tendance générale montre que l’efficacité de capture diminue avec le rapport de taille dp/db. Cette évolution observée est contraire à celle des modèles d’efficacité de collision de la littérature. Cet effet est attribué aux propriétés de mouillage des particules. D’un point de vue numérique, la simulation de l’écoulement autour d’une bulle permet de calculer la trajectoire de particules distribuées de manière uniforme. Pour les particules dont le nombre de Stokes est très inférieur à 1, leur trajectoire est confondue avec les lignes de courant du fluide. Les simulations numériques couvrent une large gamme des paramètres caractéristiques du problème (diamètre des particules ramené à celui des bulles, nombre de Reynolds de la bulle, degré de contamination de sa surface). L’efficacité de collision est une fonction croissante du nombre de Reynolds. L’efficacité d’une bulle propre tend de manière asymptotique vers une valeur constante que ce soit à petit ou à grand nombre de Reynolds. Pour une bulle complètement contaminée, la tendance asymptotique à petit nombre de Reynoplds est egalement une constante alors qu’à grand nombre de Reynolds l’efficacité suit une loi en Re0,45. En fonction du degré de contamination de l’interface, l’efficacité de collision suit tantôt un comportement de type bulle propre en dp/db, tantôt un comportement de type bulle contaminée en (dp/db)2. Des modèles sont proposés sur toute la gamme des différents paramètres This study focuses on the collision mechanism between a spherical bubble and particles when the particle diameter remains less than some percents of the bubble diameter. This situation corresponds to the first step of the particle capture in flotation processes. The efficiency determination is based on experimental measurements and Direct Numerical Simulations (DNS). Experimentally, a single bubble flotation cell has been build for the purpose of measuring capture efficiency. Small spherical bubbles are created by a capillary tube and then arise through a suspension capturing glass particles. Captured particles are recovered by overflow and are counted in a particle counter. Results are analysed and the magnitude is favorably compared to those of Ralston et al. (1999a). Efficiencies exhibit a general decreasing trend with particle to bubble diameters ratio dp/db, in opposition to the trend analytically predicted by collision efficiency models in litterature. This effect seems to be due to wetting properties of particles. Numerically, the flow around the bubbles is computed and particle trajectories determined. Particle with Stokes number less than 1 follow the streamlines. In this case, the collision efficiency only depends on the shape of the streamlines and on the size of the particles. Numerical simulations have been performed over large parameter ranges (particle to bubble diameters ratio, Reynolds number of the bubble and the degree of contamination of the bubble surface). The collision efficiency is found to increase with the Reynolds number and significantly decrease with the level of contamination. For clean (respectively fully contaminated) spherical bubbles, the efficiency evolves as dp/db (respectively (dp/db)2), whatever the bubble Reynolds number and the particle size. For partially contaminated bubbles, efficiency can be scaled with dp/db or (dp/db)2 depending on both the level of contamination and the particle size. Correlations of the numerical results are proposed for efficiencies versus dp/db, bubble Reynolds number and interface contamination degree

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De, Souza David. "Dynamique de sédimentation de particules." Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2021. http://www.theses.fr/2021IPPAE003.

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Abstract:

La dynamique de particules inertielles lourdes évoluant dans un fluide présente un intérêt dans de nombreux domaines.On les trouve aussi bien dans la nature (gouttes d'eau dans les nuages, sédiments dans les rivières et les océans, disques d'accrétion planétaire) que dans des activités humaines et applications technologiques (gouttes de carburant en chambres de combustion, réacteurs chimiques).Ces systèmes sont complexes, leur modélisation requérant des hypothèses simplificatrices souvent fortes, et leur étude nécessite encore des données expérimentales.De nombreux comportements sont observés dans ces écoulements diphasiques dispersés.Cette thèse s'intéresse à deux d'entre eux.D'abord le clustering, phénomène où les particules s'accumulent dans des régions spécifiques et en laissent d'autres vides.Le second est l'altération de la vitesse de sédimentation, des particules tombant plus vite ou plus lentement que dans un fluide au repos.Ces phénomènes sont liés, et dépendent de paramètres comme la taille et la densité des particules, de la phase porteuse (eau ou air généralement) et de si celle-ci est au repos ou dans un état turbulent.Un dispositif expérimental a été construit dans lequel de petites particules solides (diamètre maximal de 200 µm) sédimentent dans de l'eau.Des particules de différentes densités ont été séparées par taille par tamisage.Ceci a permis d'accéder à une large gamme de paramètres pour les particules.Une technique de double mesure simple à mettre en œuvre permettant de mesurer simultanément la vitesse des particules et du fluide a été développée, fournissant un aperçu des interactions particules-fluides rarement réussi jusqu'à présent.Des augmentations de la vitesse de sédimentation des particules tombant dans un fluide au repos ont été observées et ont été attribuées au développement d'un écoulement descendant, poussant les particules.Des analyses de Voronoï ont également été effectuées, mais n'ont pas pu déterminer avec certitude si les particules formaient des amas ou non.Ce travail fournit des données intéressantes, pertinentes pour l'étude des particules qui sédimentent dans des fluides au repos en espace clos.Il fournit également un point de référence pour de futurs travaux où la turbulence sera ajoutée au système The dynamics of heavy inertial particles evolving in a fluid are of interest in many fields.They are found both in nature (water droplets in clouds, sediments in rivers and in the oceans, planetary accretion disks) and in human activities and technological applications (fuel drops in combustion chambers, chemical reactors).These systems are complex, their modelling using often strong simplifying hypotheses, and experimental data is still required in their study.A large range of behaviours can be found in such dispersed two-phase flows.This work focuses on two of these.The first is clustering, or the observation that particles accumulate in specific regions and leave others void.The second is settling velocity alteration, as particles have been observed to fall either faster or slower than in a quiescent fluid.These two phenomena are intertwined, and depend on parameters like the size and density of the particles, what the carrier phase is (water or air usually) and whether it is in a quiescent or turbulent state.An experimental device was built in which small (diameters of at most 200 µm) solid particles settle in water.Particles of various densities have been separated by size by sieving.This allows access to a large variety of particle properties.An easy to implement double-measurement technique allowing simultaneous measurements of particle and fluid velocities was developed, providing insight into particle-fluid interactions that was seldomly achieved in previous works.Increases of the settling velocity of particles falling in a quiescent fluid have been observed and could be attributed to the development of a flow that pushes the particles down.Voronoï analysis were also performed, but could not confirm with certainty whether particles formed clusters or not.This work gives interesting data, relevant in the study of particles settling in quiescent fluids in closed spaces.It also provides a reference point for future works where turbulence will be added to the system

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Benabed, Ahmed. "Contribution à l’étude de la remise en suspension de particules générée par le pas humain au sein d’une ambiance du bâtiment." Thesis, La Rochelle, 2017. http://www.theses.fr/2017LAROS034/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse s'inscrit dans la thématique de la pollution particulaire de l'air intérieur et concerne plus particulièrement les phénomènes de remise en suspension liés à l'impact, au niveau du sol, des pas d'une personne qui marche sur un plancher chargé en particules. La première partie présente un état de l'art des connaissances de la pollution particulaire. Les différents paramètres expérimentaux qui influencent la remise en suspension des particules ainsi que les coefficients utilisés pour la quantification du phénomène sont recensés. Les différentes perturbations mécaniques et aérodynamiques générées lors de l'impact d'un pied avec le sol pendant la marche d'une personne sont présentées et comparées. Nous terminons la première partie par une présentation des différents modèles de remise en suspension des particules émanant d'une surface. La seconde partie est consacrée à la présentation de la maquette qui a été mise au point au laboratoire LaSIE à La Rochelle afin d'étudier le dépôt et la remise en suspension des particules par un simulateur mécanique du pas humain depuis un sol chargé en particules. Cette étude a permis de classer les différents types de surfaces utilisées dans le bâtiment en fonction de leurs émissions en particules après l'impact mécanique d'un solide. La troisième partie du travail consiste à mesurer les vitesses de l'écoulement de l'air généré par un simulateur mécanique automatisé du pas humain en différents emplacements. Les mesures de la vitesse ont été effectuées par trois types de méthodes largement utilisées dans le domaine de la mécanique des fluides : deux méthodes de Vélocimétrie Laser (Vélocimétrie par Image des particules et Vélocimétrie Laser Doppler), mais également une méthode d’Anémométrie à Fil Chaud. Ces mesures nous ont permis de trouver la zone de forte vitesse qui correspond à la zone où nous avons une remise en suspension importante. Nous avons également étudié l'influence de l'état de la surface sur les vitesses de l'écoulement générées à proximité du sol suite au mouvement du simulateur mécanique. Ces mesures ont mis en évidence que l'influence de la rugosité de la surface sur la vitesse de l'écoulement généré par le pas est marginale. Finalement, nous avons étudié analytiquement le détachement des particules en utilisant un modèle basé sur le bilan des moments de forces. Des perspectives à la fois sur l'amélioration des deux maquettes mises en place au LaSIE et à l'ERM, ainsi que le développement d'un code numérique pour simuler le pas humain sont présentées et argumentées en conclusion This thesis work is part of indoor air particle pollution theme and more particularly the phenomenon of walking-induced particle resuspension. The first part presents a state of the art knowledge of particulate pollution. The different experimental parameters that influence the particles resuspension, as well as the coefficients used for the phenomenon quantification, are identified. The various mechanical and aerodynamic disturbances generated during person walking are presented and compared. We end the first part with a presentation of the different particles resuspension models. The second part is dedicated to present the experiment made on a small scale model developed at the LaSIE laboratory in La Rochelle to study particles deposition and resuspension by amechanical simulator of the human step from a particle-laden soil. This study classified the different types of surfaces used in the building according to their particulate emissions after the mechanical simulator impact. The third part of the work consists of measuring the airflow velocities generated by an automated mechanical simulator of the human footstep at different locations. The velocity measurements have been done in the Royal Military Academy at Brussels (RMA) by three types of methods widely used in the field of fluid mechanics : two methods of Laser Velocimetry (Particle Image Velocimetry and Laser Doppler Velocimetry), but also a method of Wire Anemometry. These measurements allowed us to find the high-speed zone that corresponds to the area where we have a significant resuspension. We also studied the influence the surface roughness on the flow velocities generated near the ground following the movement of the mechanical simulator. We have shown that the influence of the surface roughness on the speed of the flow generated by the pitch is marginal. Finally, we analytically studied the detachment of particles using a model based on the momentum balance. Perspectives on both the improvement of the two models set up in LaSIE and the RMA, as well as the development of a numerical code to simulate the human step, are presented and argued in conclusion

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Champagne, Nicolas. "Dynamique de trafic dans des réseaux microfluidiques modèles : embouteillages, chocs et avalanches." Paris 7, 2011. http://www.theses.fr/2011PA077204.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à l'étude du transport de particules en milieu confiné. Une approche expérimentale originale est proposée, basée sur la création de nouveaux outils microfluidiques. Dans une première partie, nous étudions la dynamique du trafic de gouttes dans des réseaux d'obstacles microfluidiques. Nous montrons que la présence des interactions hydrodynamiques entre particules dans cet écoulement rend le processus non linéaire: le courant en particule n'est pas proportionnel à la densité en particule. Nous avons aussi établi, qu'il existe un courant critique au delà duquel aucun flot stationnaire en particules n'existe. Dans le domaine d'existence de cet écoulement stationnaire, nous avons ensuite étudié la réponse dynamique d'un train 1D de gouttes en interaction hydrodynamique à des perturbations longitudinales d'amplitude finie. Nous avons expérimentalement et théoriquement montré que la dynamique est régie par une équation dynamique de Burgers. Ce travail est ensuite poursuivi par l'étude du transport de particules dans un réseau 2D d'obstacles, gouverné par une dynamique intermittente. Une approche numérique de ce problème, via un automate cellulaire, est développée pour rendre compte de la phénoménologie d'avalanche observée expérimentalement, Ce code s'avère ainsi être efficace quant à l'interprétation de l'écoulement de particules dans des réseaux d'obstacles, En guise de conclusion, les premières expériences sur l'écoulement d'un cristallite de particules solides sont présentées. Les interactions hydrodynamiques dans cette configuration tendent à déstabiliser tout cristallite 2D This thesis is devoted to the transport of particles in confined geometries. An original approach is developed, based on new home-made microfluidic tools. First, we study the traffic of particles in microfluidic obstacles networks. Due to hydrodynamics interactions between particles, we show that the traffic dynamics is a nonlinear process: the particle current does not scale with the particle density, We also establish that there exists a maximal current above which no stationary particle flow can be sustained. Then, we study the dynamic response of 1D droplet streams to finite-amplitude longitudinal perturbations. We experimentally and theoretically show that the nonlinear constitutive equation relating particle current to particle density leads to Burgers equation for the droplet stream density, Afterwards, we focus on the flow resulting from high current values in a 2D obstacles network, We observe an intermittent dynamics with avalanche phenomena. To rationalize this, we develop a numerical code close to a cellular automaton. This numerical model turns out to be effective to represent the flow of confined particles in a network of pipes. To conclude, we present the start of an experimental work, It consists in flowing a 2D crystal of solid particles. In such a configuration, hydrodynamic interactions seem to destabilize the lattice of any 2D crystals

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Zaboubi, Belkacem. "Traitement thermique en continu des fluides chargés en grosses particules." Compiègne, 1995. http://www.theses.fr/1995COMPD785.

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Abstract:

Dans ce travail, nous avons étudié le traitement thermique en continu des fluides chargés en grosses particules. Dans l'introduction, nous avons énuméré les problèmes posés par la stérilisation en continu des produits à particules dans l'optique de dimensionnement des installations traitant ce type de produits, puis les avantages et les inconvénients que présente cette technique en comparaison aux procédés conventionnels classiques (traitement en batch par autoclave). Un chapitre est consacré à l'état de l'art en matière de résolution des principaux problèmes (distribution des temps de séjour des particules et coefficient de transfert de chaleur par convection fluide-particule) en clarifiant ce qui reste à entreprendre dans ce domaine et les contraintes posées. Le deuxième chapitre décrit les moyens mis en œuvre (plate-forme expérimentale, moyen de mesure) puis les méthodes utilisées pour atteindre ces objectifs. Enfin, le dernier chapitre présente les résultats obtenus en matière de DTS des particules et de l'intégrateur temps-température (ITT) utilisé pour évaluer l'efficacité stérilisatrice du procédé et les conditions à mettre en œuvre pour assurer un bon traitement du fluide et des particules. Un logiciel de simulation numérique a été mis au point afin d'apprécier le traitement subi par les particules. Un excellent accord a été trouvé entre ces résultats numériques et ceux obtenus expérimentalement.

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Liu, Yi. "Modélisation 3D des écoulements et du transport solide dans un bassin à cavités." Thesis, Strasbourg, 2017. http://www.theses.fr/2017STRAD015/document.

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Abstract:

La recherche sur le transport de sédiments dans les réservoirs vise principalement à optimiser la conception du réservoir dans les réseaux d’assainissement. La structure de l'écoulement, qui fait l’objet de cette recherche, représente le facteur principal de contrôle du mouvement des particules et conditionne leur dépôt. Le travail réalisé s’est basé aussi bien sur les méthodes numériques que les essais expérimentaux. La simulation numérique est traitée en utilisant trois géométries différentes, où un volume de modèle de fluide est appliqué pour le suivi de la surface libre et un modèle de phase discrète est utilisé pour calculer la trajectoire des particules, et une fonction définie par l'utilisateur basée sur la courbe de Shields est implémentée comme condition limite pour augmenter les taux de déposition simulés. Des séries d'expériences sont réalisées dans un réservoir rectangulaire avec une cavité, pour mesurer le champ de vitesses dans différentes conditions d’écoulement, et déterminer les zones de dépôts des sédiments au fond du réservoir. La comparaison entre les simulations numériques et les résultats expérimentaux montre une bonne concordance des résultats obtenus pour la prédiction des écoulements et des dépôts. L'amélioration du dépôt de particules nécessite une modification supplémentaire du modèle de suivi des particules The investigation on sediment transport in tanks is mainly for optimizing the design of tank in stormwater system and sewers. The flow pattern is the primary factor controlling the movement of particle. Therefore, the emphasis of this investigation is to determine the flow pattern and estimate the deposition of particle. Both computational fluid dynamics and experimental methods are applied to accomplish the research. Numerical simulation are processed by using three different geometries, where a volume of fluid model is applied for tracking the free-surface and a discrete phase model is used for calculation of particle trajectory, and an user defined function based on Shields curve is implemented to the boundary for improving the simulation on sedimentation. A series of experiments are carried out in a rectangular tank with a cavity, where velocity measurements are finished for experiments under different conditions and the sediment deposition is recorded. The comparison between numerical simulation and experimental results show better agreement in the prediction of flow, the improvement on particle deposition needs further modification in the particle tracking model

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Elmi, Robleh Hassan. "Modélisation numérique des écoulements pulmonaires." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00766647.

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Abstract:

L'étude engagée dans cette thèse consiste à mettre en place une modélisation numérique fiable et complète du transport et du dépôt des particules dans un écoulement pulmonaire en se basant sur l'utilisation du code de calcul commercial CFD-ACE. Ce code intègre un solveur fluide qui résout les équations de Navier-Stokes incompressibles dans une formulation volumes finis. Le logiciel CFD-GEOM a été utilisé pour créer les surfaces en 3D de la géométrie générique du modèle de Weibel et ainsi générer le maillage non-structuré tétraèdrique en volumes finis. Dans le cadre de ce travail, il est supposé que le flux d'air est laminaire, stationnaire (ou instationnaire uniquement dans les modèles bronchiques) et incompressible ; les particules de diamètre 5μm sont sphériques et sans interaction. Le pourcentage global et local du dépôt des particules dans les poumons peut s'exprimer comme une efficacité de dépôt et se définit par le rapport entre le nombre de particules déposées dans une région donnée et le nombre total de particules admises initialement à l'entrée de la conduite. L'efficacité de dépôt dépend fortement du nombre de Stokes d'entrée, des conditions d'admission en termes de profil de vitesse du fluide (nombre de Reynolds d'entrée), de la distribution et des caractéristiques des particules. Nous avons donc modélisé avec succès les écoulements ainsi que le transport et le dépôt de particules dans des configurations simples (modèles de Weibel) et des configurations réalistes (poumons de rat et du lapin) et ce que l'on en peut dire c'est que la simulation, bien que coûteuse (surtout pour le dépôt des particules), ne présente pas de difficultés insurmontables. Par contre l'obtention d'une géométrie réaliste et la génération du maillage associé reste une étape délicate.

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Funfschilling, Denis. "Dynamique de bulles dans des fluides rhéologiquement complexes." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1999. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_1999_FUNFSCHILLING_D.pdf.

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Les conditions de fonctionnement d'une colonne à bulles sont étudiées en fluides newtoniens et non-newtoniens. L'influence de la rhéologie des fluides sur le phénomène de coalescence en ligne est étudiée au niveau d'un train de bulles. Dans les fluides viscoélastiques, le nombre de bulles dans un train de bulles diminue fortement avec la distance à l'orifice par suite de coalescences. En faisant varier la distance entre deux buses d'injection traversées par un même débit de gaz, on constate que pour des fluides hautement viscoélastiques, l'influence d’un train de bulles sur l'autre est négligeable. Ainsi, la coalescence en ligne semble être un phénomène interne au train de bulles. Le champ de vitesses autour d'une bulle est mesuré par la méthode P. I. V. (Particle Image Velocimetry). Dans les fluides viscoélastiques, le champ de vitesses permet de connaître la taille et l'importance de la traînée négative, ainsi que de découvrir l'existence d'une zone en forme de cône creux située autour de cette traînée négative et dont les recteurs sont dirigés vers les côtés de la bulle. Cette traînée négative est une particularité des fluides viscoélastiques. La biréfringence d'écoulement montre que des contraintes existent autour de la bulle et qu'elles se relaxent lentement dans la traîné de la bulle. Enfin, la mesure du champ de vitesses autour d'un train de bulles montre qu'en fluide newtonien, un train de bulles est à l'origine d'une importante recirculation du fluide, alors que pour un fluide viscoélastique, cette recirculation est très faible voire inexistante.

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Mahaut, Fabien. "Comportement rhéologique de suspensions de particules non colloïdales plongées dans des fluides à seuil." Thesis, Paris Est, 2009. http://www.theses.fr/2009PEST1080.

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Abstract:

Nous avons étudié le comportement rhéologique de suspensions de particules non colloïdales plongées dans des fluides à seuil. Nous nous sommes focalisé sur la contribution purement mécanique des particules. Nous avons dans un premier temps étudié le comportement en régime solide en formulant de nombreux systèmes expérimentaux modèles. Nous avons mesuré les propriétés d’élasticité linéaire, ainsi que les propriétés de seuil. Nous trouvons des lois reliant les propriétés rhéologiques de la suspension à celles du fluide ainsi qu’à la fraction volumique en particules monodisperses pour une distribution isotrope. Nous validons une approche d’homogénéisation proposée par Chateau et al. reliant les propriétés linéaires aux propriétés non-linéaire par une loi simple qui permet ainsi de prédire le seuil de contrainte de ce type de matériaux. Cette approche est validée sur des mortiers modélisés par une suspension de billes de verre dans une pâte de ciment thixotrope. Dans un second temps, nous explorons le régime liquide et caractérisons le comportement en écoulement d’un fluide à seuil modèle, une émulsion, selon une modélisation d’Herschel-Bulkley d’exposant n=½. Nous montrons que cette loi reste valable pour une suspension de particules dans cette émulsion. Nous mesurons la consistance d’Herschel-Bulkley en fonction de la fraction volumique en particules et nous constatons un bon accord entre ces mesures et une loi prédite par l’approche d’homogénéisation de Chateau et al. Enfin, nous observons une distinction entre seuil d’arrêt et seuil de démarrage probablement dû à la distribution des particules We study rheological behaviour of non colloïdal particles suspensions embedded in yield stress fluids. We focus on strictly mechanical particles influence. First, we study solid domain with a large experiment panel on model materials. We measure linear elasticity and yield stress. We found law which link suspensions properties to interstitial fluids one and monodisperses particles concentration for an isotropic distribution. We compare our results to a homogenization approach by Chateau et al. which give us a very simple law between linear and non linear properties. This approach could predict the yield stress variation as a function of particles concentration with a very good agreement. Then, we validate this approach on a model mortar (glass beads in a thixotropic cement paste). In a second part, we explore liquid domain and characterize flowing behaviour of a yield stress model fluid, an emulsion, as a Herschel-Bulkley fluid with an exponent n =½. We show that this law still applicable for particles suspension in this emulsion with the same Herschel-Bulkley exponent. Then, we measure Herschel-Bulkley consistency as a function of particles concentration and found a good agreement with a law predicted by Chateau et al. from a homogenization approach. Finally, we observe difference between stopping yield stress and starting yield stress, this difference is probably due to particles distribution

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Candelier, Fabien. "Étude du mouvement libre d'une particule dans un fluide en rotation solide à faibles nombres de Reynolds : mise en évidence des forces d'histoire et d'inertie." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2005. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_2005_CANDELIER_F.pdf.

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Abstract:

Ce travail est consacré à une étude théorique et expérimentale du mouvement d'une particule sphérique solide, fluide ou gazeuse relâchée dans un fluide en rotation solide verticale et à faibles nombres de Reynolds et de Taylor. A cet effet, nous avons conçu un dispositif expérimental constitué d'un cylindre tournant, rempli d'huile de silicone et dans lequel sont relâchées nos particules. Au cours de nos expériences ces dernières sont filmées avec une caméra rapide, ce qui nous permet de mesurer avec précision l'évolution temporelle de leurs coordonnées spatiales. L'analyse théorique, qui s'inscrit dans une thématique de recherche relativement ancienne, corrobore l'étude de Herron, Davis et Bretherton (1975) en ce qui concerne les particules solides, et généralise leurs résultats au cas des inclusions fluide et gazeuse: bien que les vitesses de sédimentation des particules et les vitesses de migration dans le plan horizontal soient découplées, celles-ci sont affectées par la vitesse de rotation imposée au cylindre. Par ailleurs, et conformément à l'analyse théorique de Miyazaki (1995), nous observons que le mouvement horizontal de nos particules est correctement décrit par l'équation de mouvement de Boussinesq-Basset obtenue après analyse de l'écoulement de perturbation dans un référentiel non tournant et après avoir négligé, bien que cela ne soit pas tout à fait légitime, la contribution horizontal des effets d'inertie The motion of a spherical inclusion released in a vertical solid-body rotation flow is investigated theoretically and experimentally. Solid spheres, bubbles and drop are considered. The particle Reynolds number and the Taylor number nimber are smaller than unity. The motion equations of the inclusion are obtained by revisiting the hydrodynamic equations. The axial (vertical) motion and the horizontal motion are uncoupled, even though they are sensitive to the rotation rate of the flow. Analytical solutions of the particle motin equation are compared to experimental results obtained by releasing a particle in a rotating tank filled-up with silicone oil. For solid spheres and bubbles, both the terminal velocity and the particle ejection rate (or trapping rate) predicted by the theory agree with experiments, without any empirical adjustment. Ln particular, the experimental device enables to check the validity of various theories involving solid or fluid inclusions with or without inertia or history effects. Ln agreement with Miyazaki's theory (1995), the mobility tensor of Herron, Davis and Bretherton (1975), obtained by writing the fluid motion equations in the rotating frame, accurately predicts the horizontal particle trajectory, like the Boussinesq-Basset equation obtained by writing the fluid motion equations in the non-rotating frame and neglecting the horizontal contribution of inertia effects

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Lenoble, Marie. "Ecoulement et ségrégation dans des pâtes granulaires modèle." Bordeaux 1, 2005. http://www.theses.fr/2005BOR13039.

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Abstract:

Nous étudions les phénomènes de ségrégation par taille dans des suspensions concentrées de particules en écoulement. Les particules sont plus lourdes que le fluide, comme dans la plupart des situations pratiques (boues, bétons, propergols solides). Le matériau modèle est transparent, et nous pouvons mesurer les champs de vitesse et de concentration des espèces sous cisaillement. Dans les deux géométries étudiées (Couette et plan-plan), on observe que 'écoulement principal (azimutal) est en général localisé. De plus, nous montrons l'existence systématique d'une composante non azimutale des trajectoires. Expérimentalement, nous établissons les relations entre figure de ségrégation, écoulements primaire et secondaire. Sur cette base, nous discutons les mécanismes possibles de la ségrégation.

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Caussin, Jean-Baptiste. "Dynamique collective de particules auto-propulsées : ondes, vortex, essaim, tressage." Thesis, Lyon, École normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015ENSL0996/document.

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Abstract:

L'émergence de mouvements cohérents à grande échelle a été abondamment observée dans les populations animales (nuées d'oiseaux, bancs de poissons, essaims de bactéries...) et plus récemment au sein de systèmes artificiels. De tels ensembles d'individus auto-propulsés, susceptibles d'aligner leurs vitesses, présentent des propriétés physiques singulières. Cette thèse théorique étudie divers aspects de ces systèmes actifs polaires.Dans un premier temps, nous avons modélisé une population de colloïdes auto-propulsés. En étroite association avec les travaux expérimentaux, nous avons décrit la dynamique du niveau individuel à l'échelle macroscopique. Les résultats théoriques expliquent l'émergence et la structure de motifs cohérents : (i) transition vers le mouvement collectif, (ii) propagation de structures spatiales polarisées, (iii) amortissement des fluctuations de densité dans un liquide polaire, (iv) vortex hétérogène dans des géométries confinées.D'un point de vue plus fondamental, nous avons ensuite étudié les excitations non linéaires qui se propagent dans les systèmes actifs polaires. L'analyse des théories hydrodynamiques de la matière active, à l'aide d'outils issus des systèmes dynamiques, a permis de rationaliser les observations expérimentales et numériques reportées jusqu'ici.Enfin, nous avons proposé une approche complémentaire pour caractériser les populations actives. Associant étude numérique et résultats analytiques, nous avons étudié les propriétés géométriques des trajectoires individuelles, ainsi que leur enchevêtrement au sein de groupes tridimensionnels. Ces observables pourraient permettre de sonder efficacement la dynamique de populations animales The emergence of coherent motion at large scale has been widely observed in animal populations (bird flocks, fish schools, bacterial swarms...) and more recently in artificial systems. Such ensembles of self-propelled individuals, capable of aligning their velocities, are commonly referred to as polar active materials. They display unique physical properties, which we investigate in this theoretical thesis.We first describe a population of self-propelled colloids. In strong connection with the experiments, we model the dynamics from the individual level to the macroscopic scale. The theoretical results account for the emergence and the structure of coherent patterns: (i)~transition to collective motion, (ii)~propagation of polar spatial structures, (iii)~damping of density fluctuations in a polar liquid, (iv)~heterogeneous vortex in confined geometries.We then follow a more formal perspective, and study the non-linear excitations which propagate in polar active systems. We analyze the hydrodynamic theories of active matter using a dynamical-system framework. This approach makes it possible to rationalize the experimental and numerical observations reported so far.Finally, we propose a complementary approach to characterize active populations. Combining numerical and analytical results, we study the geometric properties of the individual trajectories and their entanglement within three-dimensional flocks. We suggest that these observables should provide powerful tools to describe animal flocks in the wild

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Tannous, Katia. "Contribution à l'étude hydrodynamique des lits fluidisés de grosses particules." Toulouse, INPT, 1993. http://www.theses.fr/1993INPT065G.

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Abstract:

Ce travail se rapporte d'une part a l'etude hydrodynamique des lits fluidises de grosses particules homogenes et d'autre part a celle des couches fluidisees de particules polydispersees. Pour le cas de particules homogenes, nous avons etudie l'influence de la nature du solide et les parametres geometriques du lit (diametre de la colonne et la hauteur du lit). Les resultats experimentaux ont permis de proposer des correlations pour estimer la vitesse et le degre de vide au minimum de fluidisation ainsi que l'expansion des couches. A partir de l'analyse des fluctuations de la chute de pression le long des lits, nous avons propose des correlations pour determiner les frontieres entre les differents regimes de fluidisation (pistonnage, turbulent et transport). Quant a la fluidisation des particules polydispersees, les essais ont ete realises avec des lots des particules ayant une distribution granulometrique de type rosin-rammler-sperling. Les parametres retenus ont ete l'etalement de la distribution granulometrique et le diametre moyen des lots. Nous avons propose des correlations permettant d'estimer les grandeurs hydrodynamiques telles que les vitesses initiale et complete de fluidisation, celle de segregation ainsi que l'expansion des couches

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Devals, Christophe. "Contribution à l'étude de l'interaction ondes de choc - particules." École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse ; 1972-2007), 2002. http://www.theses.fr/2002ESAE0021.

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Abstract:

Le travail de cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet de recherche fédérateur "Modélisation de la signatureinfrarouge d'un jet de missile supersonique". L'objectif de ce projet est de définir une chaîne de calcul complète pour la détermination de la signature infrarouge de missile. Dans ce cadre, la problématique se restreint à l'étude de l'écoulement diphasique en sortie de tuyère d'un jet propulsif supersonique chargé en particules solides ou liquides et à la détermination du coefficient de traînée de ces mêmes particules. Dans ce contexte, une étude expérimentale a été montée au Laboratoire IUSTI pour caractériser le comportement de particules mises en accélération par l'écoulement d'un gaz créé par une onde de choc. Ainsi, par traitement d'images, le coefficient de traînée peut être finalement déterminé. Ces résultats sont ensuite utilisés pour le calcul lagrangien d'une configuration de jet de missile réaliste en propulsion solide This study takes place within the context of solid propulsion rocket infrared signature in supersonic flight. The aim of this present work is to study the two-phase flow exhaust plume jet at the exit of the nozzle

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Depardon, Sébastien. "Analyse topologique d'écoulements complexes : utilisation de la vélocimétrie par imagerie de particules pour une approche quantitative." Poitiers, 2006. http://www.theses.fr/2006POIT2280.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'analyse topologique d'écoulements autour de corps 3D. Elle présente une étude de la topologie pariétale pour le cas académique de l'écoulement autour d'un cube posé sur paroi. La PIV rasante permet pour cela de concilier les avantages des approches globales qualitatives, et ceux des approches quantitatives des décollements 3 D. Une procédure d'extrapolation de la structure topologique d'écoulements moyens à partir d'empreintes pariétales complexes est proposée. Un outil des post-traitements des champs PIV instantanés est mis en place. Cette approche, basée sur un filtrage POD, des algorithmes automatisés de détection des points singuliers et de classification des topologies associées, permet d'extraire une dynamique globale d'écoulement à partir de données non résolues dans le temps. Enfin une application industrielle avec une maquette échelle 1/4 de véhicule permet d'aborder non seulement l'extrapolation de la structure 3D de l'écoulement à partir de l'empreinte pariétale PIV, mais également le lien entre cette dernière et la répartition de pression pariétale moyenne (i. E. Les efforts aérodynamiques) This thesis presents a topological analysis of 3-D bluff body flows. The skin-friction pattern topology around a wall-mounted cube is studied. Near-wall PIV is a valuable tool for this purpose, conbining the advantages of both global/qualitative and analytical/quantitative approaches of 3D separation. The 3D mean flow topology is extrapolated from an iterative analysis of the shear-stress pattern. A post-processing strategy of instantaneous velocity fields is also presented. Based on POD, automated critical point detection and topology classification algorithms, it enables to extract large scale dynamic behaviors of the flow from insufficiently time-resolved datasets. These methods are then applied to an industrial case : the analysis of the flow around a 1/4 scale car model. Not only is the extrapolation of the 3D flow structure from near-wall PIV data addressed, but also the link between near-wall topology and the wall-pressure distribution (i. E. Aerodynamic forces)

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Cardot, Jérôme. "Adhésion et détachement de particules en contact avec une surface sous écoulement d'air : application aux milieux fibreux." Toulouse, INPT, 2000. http://www.theses.fr/2000INPT024H.

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Abstract:

Le colmatage et le nettoyage de milieux fibreux sont cruciaux dans de nombreuses applications industrielles et domestiques telles que la filtration ou le nettoyage de revêtements de sols textiles par écoulement d'air. L'adhésion et le détachement de particules micrométriques isolées en contact avec un substrat plan sont étudiés à l'aide d'une cellule à écoulement d'air cisaillé. La caractérisation de l'écoulement laminaire isotherme compressible dans la cellule permet d'analyser l'effet de la taille des particules, du taux d'humidité de l'air, de la nature et de la charge de la surface sur les efforts aérodynamiques requis pour détacher les particules. Les résultats montrent que sur un substrat isolant chargé, sur lequel les particules adhèrent sous l'action de forces électrostatiques, l'augmentation du taux d'humidité (jusqu'à une valeur critique) favorise le détachement des particules. En revanche, au-delà de ce taux d'humidité critique, l'apparition d'une force capillaire rend difficile leur détachement. Sur un substrat non chargé, l'augmentation du taux d'humidité défavorise leur détachement. Sur un substrat conducteur, l'exposition à un champ électrique des particules adhérentes génère une force de répulsion électrostatique qui facilite leur détachement. Les résultats sont interprétés en terme de force globale d'adhésion au moyen d'un bilan des efforts exercés sur une particule isolée en contact avec un substrat plan. L'application visée, le nettoyage des revêtements de sols textiles par aspiration, est explorée. Deux types de particules minérales salissantes sont caractérisés expérimentalement : des grosses particules bloquées mécaniquement et des petites particules fortement adhérées sur les fibres. L'écoulement qui s'établit au sein du milieu fibreux au passage du suceur est déterminé numériquement et la contrainte de cisaillement pariétale sur les fibres est comparée aux valeurs requises pour le détachement des particules obtenues expérimentalement.

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Favelier, Thomas Michard Marc. "Couplage de la vélocimétrie par images de particules en deux temps avec la décomposition en modes propres pour la caractérisation d'un écoulement." [s.l.] : [s.n.], 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/08/04/73/PDF/These_Favelier.pdf.

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Ansart, Renaud Dodds John Ryck Alain de. "Émission de poussières lors de la manipulation de poudre interaction entre les particules en mouvement et l'air ambiant /." Toulouse : INP Toulouse, 2008. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000594.

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Giuriato, Umberto. "Dynamique des particules actives dans les superfluides et leur interaction avec les vortex quantiques." Thesis, Université Côte d'Azur, 2020. http://www.theses.fr/2020COAZ4062.

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Abstract:

Les superfluides sont des fluides non visqueux dans lesquels la vorticité se concentre sur des filaments ayant une circulation quantifiée. Ces objets, appelés vortex quantiques, possèdent un comportement hydrodynamique. Expérimentalement, la dynamique des superfluides est souvent étudiée en utilisant des particules. Les particules sont aujourd’hui devenues l’outil principal pour visualiser les vortex quantiques. Dans cette thèse, nous étudions numériquement et analytiquement la dynamique des particules actives et de taille finie dans les superfluides. Le superfluide est modélisé avec l’équation Gross–Pitaevskii, tandis que les particules sont implémentées comme des potentiels répulsifs mobiles couplés avec la fonction d’onde macroscopique décrivant le superfluide. Le modèle est utilisé pour étudier l’interaction entre les particules et les tourbillons quantiques à très basse température. Cette première partie vise à donner un contexte théorique aux expériences actuelles dans lesquelles des particules macroscopiques sont utilisées pour échantillonner les vortex superfluides et la turbulence quantique. Plus précisément, nous abordons les problèmes suivants : la capture d’une particule par un vortex quantique, les reconnexions des filaments de vortex et la propagation des ondes Kelvin en présence de particules piégées, ainsi que la dynamique des particules dans la turbulence quantique en déclin. Dans la dernière partie du manuscrit, les effets de température finis sont étudiés dans le modèle Gross–Pitaevskii avec une troncature spectrale. L’objectif est de caractériser la dynamique des impuretés immergées dans un bain thermal et comment leur présence modifie les propriétés statistiques du fluide. En particulier, le mouvement aléatoire des impuretés et la dépendance en température du coefficient de frottement sont étudiés. Enfin, le clustering des impuretés et son effet sur les transitions de phase du condensat sont examinés Superfluids are inviscid flows in which vorticity is supported on filaments with quantized circulation. Such objects, known as quantum vortices, exhibit a hydrodynamical behavior. Experimentally, the dynamics of superfluids has been studied by using particles, which nowadays have become the main tool for visualizing quantum vortices. In this Thesis, we study numerically and analytically the dynamics of active and finite-size particles in superfluids. The superfluid is modeled with the Gross–Pitaevskii equation, while the particles are implemented as moving repulsive potentials coupled with the macroscopic wave function describing the superfluid. Firstly, the model is used to investigate the interaction between particles and quantum vortices at very low temperatures. This part aims to give a theoretical background to the current experiments in which macroscopic particles are used to sample superfluid vortices and quantum turbulence. Specifically, we address the following problems: the capture of a particle by a quantum vortex, the reconnections of vortex filaments and the propagation of Kelvin waves in presence trapped particles and the dynamics of particles in decaying quantum turbulence. In the last part of the manuscript, finite temperature effects are studied in the Fourier-truncated Gross–Pitaevskii model. The goal is to characterize the dynamics of impurities immersed in a thermal bath and how their presence modifies the statistical properties of the fluid. In particular, the random motion of the impurities and the temperature dependence of the friction coefficient are studied. Finally, the clustering of impurities and its effect on the phase transitions of the condensate are investigated

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Mergheni, Mohamed Ali. "Interactions particules - turbulence dans un jet axisymétrique diphasique turbulent." Rouen, 2008. http://www.theses.fr/2008ROUES067.

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Abstract:

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre des études sur les écoulements turbulents gaz-solide et porte sur une étude numérique et une étude expérimentale de jets ronds coaxiaux diphasiques où le rapport des vitesses entre les jets externe et interne est supérieur et inférieur à un. Le but est de contribuer à la caractérisation des interactions entre la phase porteuse gazeuse et la phase dispersée et leur effet sur la modification de l'écoulement porteur. Le premier travail s'appuie sur une simulation de type Eulérienne / Lagrangienne qui résout les équations moyennées de Navier Stokes par la méthode des volumes finis. La turbulence du fluide est traitée par le modèle k-E standard. Le traitement de la phase dispersée consiste à un suivi Lagrangien de particules au sein de l'écoulement d'air. Le chargement en particules est suffisamment important pour que les particules influent sur la phase gazeuse (couplage) mais suffisamment faible pour pouvoir négliger les collisions interparticulaires. Le second travail consiste à réaliser un dispositif expérimental de jet gazeux ensemencé de particules solides (dp=100-212γm) issu d'un injecteur coaxial. L'écoulement diphasique est obtenu en utilisant un système d'ensemencement de particules assurant une injection régulière et homogène des particules dans le jet central. L'originalité de l'expérience consiste à mesurer simultanément les vitesses des particules et du fluide par une méthode optique non intrusive afin d'analyser le couplage entre deux phases. Ces résultats ont été obtenus à l'aide d'une chaîne de mesures optique PDA (Phase Doppler Anémométrie). L'analyse des caractéristiques dynamiques du fluide diphasique dans la zone proche de l'injecteur coaxial met en évidence que la vitesse de l'écoulement chargé est inférieure à la vitesse du fluide sans particules et que la présence des particules amplifie la turbulence du fluide lorsque la vitesse du jet centrale est supérieure à la vitesse du jet annulaire (ru>1). Ainsi, on note un décalage du pic de turbulence vers l'intérieur du jet central. Plus loin la vitesse moyenne du fluide en présence de particules devient supérieure à celle du jet monophasique à cause des transferts de quantité de mouvement des particules vers le fluide et on remarque une atténuation de la turbulence. Par contre, lorsque la vitesse du jet annulaire est supérieure à la vitesse du jet central (ru<1) on remarque une atténuation de la turbulence par la présence des particules et un décalage du pic de turbulence vers l'extérieur du jet central. On peut dire que la présence de particules solides permet à la turbulence de s'installer plus rapidement au sein du fluide pour ru>1. Lorsque ru<1, les particules ont tendance à calmer l'écoulement. Pour examiner l'approche numérique, les comparaisons avec mes travaux expérimentaux ont été réalisés. Les effets observés dans la partie expérimentale ont été reproduits dans deux cas différents (ru>1 et ru<1).

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Dehghani, Kiadehi Atena. "Development of a new technique for determining the RTD of a dispersed solid phase and its application in a deep fluidized bed." Thesis, Compiègne, 2019. http://www.theses.fr/2019COMP2491.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est le développement d’une nouvelle technique expérimentale de détermination de la distribution des temps de séjour (DTS) des particules solides dans les enceintes de manutention et de transformation de solides particulaires ainsi que le développement d’un modèle. Dans un premier temps, une nouvelle méthode optique a été développée pour mesurer la DTS des particules. Les expériences sont réalisées avec le carbure de silicium (SiC) et le pigment phosphorescent (Lumilux® Green SN-F50 WS) a été utilisé en tant que traceur. Une étude expérimentale préliminaire a été réalisée dans un lit fluidisé bouillonnant simple afin de valider la méthodologie proposée de mesure de la DTS. Dans un deuxième temps, la technique développée de la mesure de concentration a été appliquée à la détermination de la DTS dans un lit fluidisé profond. Les courbes de la DTS des particules sont déterminées expérimentalement dans différentes conditions opératoires. Dans un troisième temps, un modèle basé sur une combinaison de réacteurs idéaux est proposé pour prédire la DTS des particules du lit fluidisé étudié. Les valeurs de sortie prédites sont ensuite comparées aux données expérimentales pour l’ajustement du modèle The aim of the present thesis is to develop a novel experimental technique for determining the residence time distribution (RTD) of solid particles in solid unit operations as well as model development. Initially, a novel optical method was developed to measure the particle RTD. Experiments are carried out with Silicon Carbide (SiC) and the pigment phosphorescent (Lumilux® Green SN-F50 WS) as tracer particle. A preliminary experimental study was conducted in a simple bubbling fluidized bed in order to validate the proposed RTD measurement methodology. In the second step, the developed technique of the concentration measurement was applied to measure the RTD of a deep fluidized bed. The particle RTD curves are determined experimentally in different operating conditions. Finally, a model consisting of the combination of the ideal reactors is proposed to predict the particle residence time distribution in the studied fluidized bed. The predicted output values are then compared with the experimental data to establish a good model fitting data

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Funfschilling, Pascale. "Investigation par un écoulement de Couette de la réponse fréquentielle des sondes électrochimiques et de la floculation de particules en suspension." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2001. http://www.theses.fr/2001INPL564N.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l'utilisation d'un appareil de Couette pour deux investigations particulières. La première concerne l'application de la polarographie en écoulements instationnaires. Cette technique permet la mesure instantanée et locale du gradient de vitesse pariétal. Son utilisation donne d'excellents résultats dans le cas d'écoulements stationnaires mais pose des problèmes dans le cas d'écoulements instationnaires. Nous avons étudié la réponse en fréquence des sondes polarographiques notamment dans le cas de fluctuations de grandes amplitudes. La deuxième concerne l'étude de la floculation de particules en suspension. Nous avons cherché à quantifier le rôle du gradient de vitesse dans le processus de floculation. Nous avons montré que les évolutions de taille des flocs obtenus au bout d'un temps infini dans un champs de cisaillement pouvaient être modélisées par une double exponentielle. Nos résultats expérimentaux ont permis de confirmer ce modèle et d'identifier les deux constantes de notre modèle.

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Belaubre, Nicolas. "Etude de la dégradation de suspensions de grosses particules fragiles lors d'un traitement thermique en continu et en cuves mécaniquement agitées." Nancy 1, 2000. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_2000_0185_BELAUBRE.pdf.

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Abstract:

L'objet de ce travail était d'étudier et si possible d'améliorer le procédé de fabrication de produits type fruits sur sucre. Ce produit est en fait une suspension composée d'un fluide porteur fortement visqueux et pseudoplastique et de particules (tranches de fraises) de taille importante (entre 10 et 20 mm), fragiles et de concentration élevée (> 20% en poids). Les principaux critères de qualité pour le procédé et le produit fini étaient l'homogénéité de la suspension et l'intégrité des morceaux en fin de traitement. Deux types de technologies se devaient d'être comparés : une basée sur l'utilisation d'échangeurs de chaleur (traitement continu) et l'autre mettant en œuvre des cuves mécaniquement agitées (traitement discontinu). Les principaux résultats issus de cette étude sont les suivants : une suspension modèle a été mise au point et utilisée avec succès. Cette suspension simule à la fois les caractéristiques du fluide porteur (comportement rhéologique) et les particules réelles (taille, fermeté, dépendance avec la température). Des tests spécifiques permettant de quantifier la fermeté des particules ont été mis au point (tests de compression extrusion et de pénétration). Un traitement par analyse d'images a été élaboré permettant d'analyser et de quantifier la distribution en taille des particules avant et après traitement. Cette méthode, complétée par les mesures classiques par tamisage mécanique, a permis d'estimer la détérioration des morceaux due au traitement subi. Pour les systèmes mécaniquement agités, les paramètres limitant ont pu être mis en évidence : vitesse de rotation, viscosité du fluide porteur, concentration initiale en particules, taille de la particule (par rapport à la taille de l'entrefer) et fermeté de la particule. Pour les conditions opératoires retenues, le traitement en continu semble beaucoup plus efficace que celui en systèmes mécaniquement agités.

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Condoret, Jean-Stéphane. "Etude des transferts en écoulement pulsé dans un lit de particules." Toulouse, INPT, 1987. http://www.theses.fr/1987INPT011G.

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Abstract:

Etude experimentale du transfert de matiere a l'aide d'une methode electrochimique. La valeur instantannee du coefficient de transfert permet de valider l'hypothese de l'etat quasi stationnaire. On etudie aussi grace a un traceur la dispersion axiale

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Desreumaux, Nicolas. "Emulsions microfluidiques et rouleurs colloïdaux : effets collectifs en matière molle forcée hors-équilibre." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066071/document.

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Abstract:

Emulsions, suspensions colloïdales, solutions polymères, suspensions bactériennes, ... Les propriétés dynamiques de ces systèmes dispersés reposent sur l'interaction entre la structure microscopique de la phase dispersée et l'écoulement de la phase continue.Le travail présenté dans cette thèse porte sur la dynamique collective de telles suspensions forcées hors-équilibre. Le forçage peut avoir lieu à l'échelle macroscopique (advection, force uniforme, ...) ou à l'échelle microscopique (auto-propulsion).Le dénominateur commun à toutes mes études est de chercher à comprendre la dynamique grande échelle des suspensions sur la base des symétries des interactions, principalement hydrodynamiques, entre les particules.Notre approche est expérimentale et repose sur l'utilisation d'outils microfluidiques pour réaliser des expériences modèles quantitatives.Dans la première partie du manuscrit, j'étudie la dynamique de suspensions de particules passives rigidement confinées au sein d'un film fluide. En particulier, je présente nos résultats expérimentaux et théoriques sur la propagation d'ondes de densité linéaires au sein de telles suspensions. Dans la seconde partie du manuscrit, je m'intéresse à la dynamique d'assemblées bidimensionnelles de particules auto-propulsées en mouvement dans un fluide globalement au repos. Je présente notre système expérimental, basé sur un mode de propulsion original des particules, et qui permet d'étudier et de comprendre l'émergence du mouvement collectif sur la base des interactions de paires. J'étudie ensuite la propagation des excitations non linéaires de ces assemblées de particules dans des milieux hétérogènes Emulsions, colloidal suspensions, polymer solutions, bacterial suspensions, ... The dynamical properties of these disperse systems rely on the interplay between the microscopic structure of the dispersed phase, and the flow of the continuous phase.This thesis is devoted to the collective dynamics of suspensions driven out-of-equilibrium. The driving can take place either at the macroscopic scale (advection, uniform strength, ...) or at the microscopic scale (self-propulsion).Our goal is to understand the large scale dynamics of the suspensions on the basis of the symmetries of the interactions between the particles.Our approach is experimental. It relies on microfluidic tools to perform quantitative model experiments. In the first part of the manuscript, I focus on the dynamics of suspensions of passive particles in rigidly confined thin liquid films. In particular, I present experimental and theoretical results on the propagation of linear density waves in advected emulsions. In the second part of the manuscript, I study the collective dynamics of bidimensional assemblies of self-propelled particles embedded in a fluid at rest at infinity. I present our experimental setup based on a new propulsion mechanism for the particles. It enables us to study and understand the emergence of collective motion on the basis of the interactions between the individuals. Finally, I investigate the propagation of non-linear excitations of these assemblies of self-propelled particles in heterogeneous media

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Dissertations / Theses on the topic 'Particules (matière) – Dynamique des fluides'

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