Modélisation stochastique du dépôt de particules colloïdales transportées par des écoulements turbulents isothermes et non isothermes - Université de Lorraine Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2013

Stochastic modeling of colloidal particles deposit driven by isothermal and non isothermal turbulent flows

Modélisation stochastique du dépôt de particules colloïdales transportées par des écoulements turbulents isothermes et non isothermes

Résumé

We present here new results obtained with the generalisation to non isothermal flows of a near-wall particle deposition model. This work is divided in two parts. The first part consists in coupling the Generalised Langevin Model used to compute the particles statistics in the core of the flow with the Near-Wall Model that calculates particles motion in the vicinity of the wall. In order to achieve the coupling in a consistent way, we focus on the balance of fluxes of fluid particles crossing the interface between the two models. This amounts to assessing if the coupling is valid in the fluid limit case, as non-physical accumulation of fluid particles can occur at the interface. This part of the study has lead to theoretical and numerical developments on the conditional statistics of particles crossing an interface. The particle deposition rate is then computed with inertial particles and the model reproduces satisfactorily experimental studies in isothermal flow. In the case of non isothermal flows, particles can experience thermophoresis (which is a mechanism that induces a particle flux in the presence of a temperature gradient in the flow) that may strongly affect the particle deposition rate. We thus choose to model thermophoresis in our Near-Wall deposition Model in order to predict accurate particule deposition in non isothermal flows. In this part of the study we first investigate thermophoresis in gas as it is well explained, thanks to the gas kinetic theory. Thermophoresis in liquids is then studied. In contrast to the gases, the theory and experiment of thermophoresis in liquids are far from being well established. The last part of this work is dedicated to the modelisation of thermophoresis in liquids in the Near-Wall Model. It has lead to new promising numerical results of particle deposition enhanced by thermophoresis in liquids.
Nous présentons la généralisation d'un modèle de dépôt de particules aux écoulements non isothermes. Ce travail comporte deux parties. La première partie présente l'approche de modélisation lagrangienne stochastique adoptée pour simuler le dépôt de particules colloïdales et traite du raccord entre le Modèle de Langevin Généralisé qui calcule le transport des particules dans le cœur de l'écoulement et le Modèle de Proche Paroi destiné au transport des particules au voisinage de la paroi. Le raccord est assuré par l'équilibre du flux de particules traversant l'interface entre les deux modèles. La validation du couplage s'effectue par le passage en particules fluides, il s'agit de vérifier que le raccord est valable dans le cas limite du fluide. En effet, des accumulations non physiques de particules fluides peuvent se produire autour de l'interface. Le travail de couplage a donné lieu à des développements théoriques et numériques sur les statistiques conditionnées d'une particule traversant une interface. Des calculs de dépôt de particules montrent que le modèle reproduit correctement les résultats expérimentaux pour des écoulements isothermes. Cependant, dans un écoulement non isotherme, les particules peuvent faire l'expérience du phénomène de thermophorèse (qui est le mécanisme de déplacement des particules induit par un gradient de température) qui peut considérablement influencer le dépôt de particules. Nous avons donc choisi d'intégrer la modélisation de la thermophorèse dans le Modèle de Proche Paroi afin d'évaluer au mieux le taux de dépôt de particules dans un écoulement non isotherme. Nous commençons par étudier la thermophorèse en milieu gazeux car elle est très bien expliquée par la théorie cinétique des gaz. L'étude de la thermophorèse en milieu liquide est plus ardue car elle ne dispose pas encore de théorie unifié ni de travaux expérimentaux qui étudient ce phénomène. La dernière partie de ce document est donc consacrée à la prise en compte du phénomène de thermophorèse en liquide dans le Modèle de Proche Paroi. Cette étude fournit de nouveaux résultats numériques de dépôt de particules en présence d'un gradient de température dans un milieu liquide.
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Dates et versions

tel-00921279 , version 2 (20-12-2013)
tel-00921279 , version 1 (29-03-2018)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00921279 , version 2

Citer

Clara Martineau. Modélisation stochastique du dépôt de particules colloïdales transportées par des écoulements turbulents isothermes et non isothermes. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université de Lorraine, 2013. Français. ⟨NNT : 2013LORR0194⟩. ⟨tel-00921279v2⟩
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