Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels

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Vendredi 4 mars 2016 à 11h00 en salle K148

Elise Alméras, Physics of Fluids group, Université de Twente, Pays-Bas

Titre : Transport et mélange d’un traceur peu diffusif dans les écoulements à bulles

Résumé/Abstract : Les écoulements à bulles sont couramment utilisés dans l’industrie chimique et biologique dans le but de produire des réactions chimiques, et ce sans avoir recours à aucune agitation mécanique. En effet, l’agitation générée par le mouvement d’ascension des bulles permet de mélanger intimement différentes espèces chimiques. Néanmoins, les mécanismes et les phénomènes mis en jeu dans le mélange au sein des écoulements à bulles restent toujours mal connus à ce jour.
Cet exposé présente les différents mécanismes de mélange d’un traceur passif dans des écoulements à bulles homogènes à grand nombre de Reynolds. Afin de dissocier les différents mécanismes de mélange, deux configurations expérimentales sont étudiées. Dans un premier temps, un écoulement à bulles confiné dans une cellule de Hele-Shaw est considéré. Au sein de cet écoulement, les interactions entre les sillages ne peuvent se développer du fait du frottement aux parois et le mélange est produit par la capture et le transport du colorant dans les sillages. Ce mécanisme de mélange s’est révélé être incompatible avec un processus purement diffusif et peut être modélisé par un modèle de transport intermittent de volume fini de colorant. Dans un deuxième temps, le mélange dans un essaim de bulles homogène tridimensionnel est étudié. Contrairement au cas confiné, le mélange est alors généré par la turbulence induite par les bulles et est purement diffusif. Les coefficients de diffusion, mesurés dans les directions horizontale et verticale pour des fractions volumiques de gaz allant de 1 à 13%, montrent deux propriétés surprenantes. Ils sont anisotropes et deviennent constants au-delà d’une certaine fraction volumique. Ces deux propriétés peuvent être retrouvées par une modélisation du coefficient de diffusion basée sur la théorie de [1] Taylor, 1922 dont l’échelle intégrale de temps lagrangienne est interprétée d’un point de vu diphasique.
Pour finir, nous discuterons du mélange résultant de l’agitation induite par bulles en présence d’un mouvement moyen de liquide généré soit par une inhomogénéité de fraction volumique soit par un écoulement moyen.

[1] TAYLOR, G. Diffusion by continuous movements. 1922.

Contact : Nicolas Mordant (équipe EDT)