UNE METHODE NUMERIQUE DE VOLUMES FINIS A ELEMENTS QUADRILATERES QUELCONQUES A ETE MISE AU POINT POUR RESOUDRE LE SYSTEME DES EQUATIONS MOYENNEES (MODELE A DEUX FLUIDES) DECRIVANT UN ECOULEMENT A BULLES EAU-AIR. ELLE PERMET DE TRAITER DES CONFIGURATIONS BIDIMENSIONNELLES OU AXISYMETRIQUES, EN REGIME INSTATIONNAIRE. EN OUTRE, UNE METHODE PERMETTANT DE CALCULER NUMERIQUEMENT LA DISTRIBUTION DU TEMPS DE SEJOUR D'UN REACTEUR CHIMIQUE SERA PRESENTEE. LES PHENOMENES TURBULENTS SONT MODELISES PAR UN MODELE CAPABLE DE DECRIRE SIMULTANEMENT DES TURBULENCES INTRINSEQUES ET DES PSEUDO-TURBULENCES. LES EFFETS DE COALESCENCE ET DE FRAGMENTATION DES BULLES SONT PREDITS A PARTIR D'UNE EQUATION DE RELAXATION PROPOSEE PAR COOK ET HARLOW. DIFFERENTES LOIS DE FERMETURE CONCERNANT LES TERMES DE TRAINEE, DE MASSE AJOUTEE, DE PORTANCE ET DE DESEQUILIBRE EN PRESSION SERONT PRESENTEES. LE SCHEMA NUMERIQUE UTILISE EST SEMI-IMPLICITE SEMBLABLE AU SCHEMA DE ICED-ALE. LE CALCUL SUR UN PAS DE TEMPS SE DEROULE EN DEUX ETAPES ESSENTIELLES. LA PREMIERE CONSISTE A RESOUDRE LES EQUATIONS DU MOUVEMENT PAR UNE PROCEDURE LAGRANGIENNE, LA SECONDE A REPLACER LES NUDS A LEUR EMPLACEMENT INITIAL A PARTIR DES BILANS PAR MAILLE DE TOUTES LES QUANTITES CALCULEES. ON PRESENTERA DES RESULTATS NUMERIQUES ET DES COMPARAISONS D'UNE PART SUR DES ECOULEMENTS MODELES MONOPHASIQUES ET DIPHASIQUES (CAVITE REGULARISEE, ECOULEMENT A MARCHE, CANAL OBSTRUE, ETC.), D'AUTRE PART SUR UN REACTEUR CHIMIQUE INDUSTRIEL A GEOMETRIE COMPLEXE

Les colonnes à bulles offrent un domaine d'application aux propriétés de mélange par agitation des bulles. La construction de ce type de réacteurs est relativement simple, en revanche, la structure des écoulements est très complexe et demeure une contrainte rendant leur dimensionnement problématique avec leur corollaire de sur ou sous dimensionnement entrainant des pertes de rendement, de réactifs introduits dans le réacteur. C’est la raison pour laquelle les méthodes traditionnelles utilisées en génie chimique semblent de plus en plus supplées par une approche qui s'appuie sur la mécanique des fluides numérique pour explorer localement la structure des écoulements. L’approche lagrangienne et l'approche eulérienne sont les deux méthodes utilisées. La méthode lagrangienne considère la phase continue au moyen du modèle exact de Navier Stokes diphasique, alors que la phase dispersée est décrite au moyen de sa trajectoire. Le couplage des deux phases s'effectue par les forces d'interaction au niveau de l'interface. L’approche eulérienne considère chaque phase par un système d'équations de Navier Stokes, le terme source relatif aux interactions au niveau de l'interface sert à coupler les deux phases. Le but que nous nous proposons d'atteindre est une certaine maitrise de la simulation numérique des écoulements au sein des réacteurs diphasiques à bulles. Pour ce faire les simulations sont comparées avec les résultats publiés. Deux cas tests sont proposés pour montrer la capacité du code utilisé à donner des résultats à des conditions différentes de distribution des bulles. Distribution sur toute la colonne, et distribution partielle de gaz. Nous considérons trois types de réacteurs. Le premier est une colonne à bulle de grand diamètre dont les résultats obtenus sont comparés avec les travaux portant sur la simulation numérique utilisant le modèle lagrangien. L’analyse comparative concerne les deux types de modèles. Le deuxième réacteur est une colonne à bulle dont le rapport hauteur sur diamètre est supérieur à dix. Les résultats sont comparés avec les mesures expérimentales, essentiellement la vélocimétrie à film chaud. Dans une troisieme série de simulations nous avons considéré un réacteur du type gazosiphon utilisé. Le but de l'approche est de comparer le code que nous avons utilisé avec un autre type de code de mécanique des fluides numérique. Les efforts pour assurer le succès de cette approche doivent porter sur la modélisation mathématique des phénomènes de coalescence et de fragmentation des bulles et leur introduction au sein du modèle.

Une bonne compréhension du traitement du phénomène de l'eutrophisation par l'aération passe par une modélisation diphasique (eau-bulles d'air) dont l'utilisation pose d'énormes difficultés. Dans ce travail, nous présentons deux modèles simplifiés dont l'idée consiste à étudier l'écoulement de la phase eau et tenir compte de l'effet des bulles, d'une part, pour le premier modèle, par le biais d'une condition aux limites au niveau de l'injecteur et d'autre part, pour le second modèle, en ajoutant des termes de corrections diphasiques. Numériquement, on combine la méthode des caractéristiques pour la discrétisation temporelle et la méthode des éléments finis P1+bulle P1 pour l'approximation spatiale. Des résultats numériques sont présentés sur un cas d'application réel. Afin de réduire le temps de calcul très important pour le problème étudié, nous présentons une parallélisation du code numérique traitant le premier modèle. Des résultats de performances sont enfin présentés.

This volume in the series on heat and mass transfer encompasses papers presented at a conference in Dubrovnik in 1990. The topics covered include the physical interactions between phases and their interface, waves on interfaces, coalescence phenomena and surface tension and surfactant effects.

ON S'INTERESSE A L'ETUDE NUMERIQUE DE MODELES BI-FLUIDE D'ECOULEMENTS DIPHASIQUES EN DESEQUILIBRE DECRITS PAR UN SYSTEME A SIX EQUATIONS. ON INTRODUIT UNE TECHNIQUE ORIGINALE DE DECOMPOSITION DU SYSTEME. CETTE TECHNIQUE PERMET L'UTILISATION DE SOLVEURS DE RIEMANN DEVELOPPES POUR LES ECOULEMENTS MONOPHASIQUES ; DE PLUS ELLE PERMET UNE EXTENSION DIRECTE A D'AUTRES MODELES PLUS EVOLUES CONTENANT DES TERMES D'ECHANGES ENTRE PHASES PLUS PRECIS. LES PROPRIETES DES FLUIDES SONT APPROCHEES PAR DES LOIS D'ETAT DE TYPE GAZ PARFAIT POLYTROPIQUE PUIS ETENDUES AU CAS DES FLUIDES REELS. POUR LA CONSTRUCTION DES SCHEMAS NUMERIQUES, L'HYPERBOLICITE DU SYSTEME GLOBAL N'EST PAS NECESSAIRE. EN UTILISANT DES SCHEMAS CINETIQUES DECENTRES APPROPRIES DE TYPE VOLUMES FINIS, ON MONTRE QUE LA METHODE EST CAPABLE DE TRAITER DIFFERENTS REGIMES D'ECOULEMENTS POUVANT EVOLUER D'UN ECOULEMENT DIPHASIQUE A UN ECOULEMENT MONOPHASIQUE ET VICE VERSA, TOUT EN PRESERVANT LES CARACTERISTIQUES DES GRANDEURS PHYSIQUES QUI RESTENT DANS L'ENSEMBLE DES ETATS ADMISSIBLES. PLUSIEURS TESTS NUMERIQUES MODELISANT DES PROBLEMES PHYSIQUES SONT PRESENTES POUR ILLUSTRER L'EFFICACITE DE LA METHODE PROPOSEE.