Étude des mécanismes de formation des dépôts de particules appliquée à la filtration THE - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2021

Study of the mechanisms about formation of particles depositions applied to HEPA filtration

Étude des mécanismes de formation des dépôts de particules appliquée à la filtration THE

Abstract

The filtration of air by fibrous media with high efficiency particulate air (HEPA) is a key point for the safety of sensitive installations. However, filters have a major drawback linked to the increase in their aeraulic resistance during their clogging, which can lead to unbalance the ventilation networks, or even in extreme cases to the rupture of filters and therefore to a loss of containment. In case of fire the filters may be subjected to a large supply of particles or to very clogging particles, causing a rapid increase in their pressure drop. In current pressure drop models used for risk assessment, porosity is a key parameter. Many authors, via simulations, have proposed porosity values for deposits of nanoparticles formed by filtration and have shown, for a given aerosol, a dependence of the porosity as a function of the Peclet number (ratio of the transport mechanisms by convection and diffusion. A specific experimental methodology has been developed in order to study the influence of the porosity of the deposits of the size and morphology of the particles, the physico-chemical characteristics of the particles and the carrier gas (nature, density, viscosity) and operating conditions (filtration rate, pressure). For this study, an experimental bench and a laser measurement device have been developed. This device measures the change in the thickness of the deposit coupled with its deposited mass over time in order to determine the porosity of the deposit. Studies on the deposits of spherical nanoparticles and formed by aggregates have made it possible to define the Stokes number (ratio between the kinetic energy of the particle and the energy dissipated by friction with the fluid) as the most relevant parameter to account for the evolution of the porosity of the deposit. This study led to various correlations allowing the estimation of the porosity of a deposit of pseudo-spherical nanoparticles or nanostructured particles.
La filtration de l’air par des médias fibreux à très haute efficacité (THE) constitue un élément important pour la sécurité des installations sensibles. Pourtant, les filtres présentent un inconvénient majeur lié à l’augmentation de leur résistance aéraulique au cours de leur colmatage ce qui peut conduire in fine au déséquilibrage du réseau de ventilation, voire dans des cas extrêmes à la rupture du filtre et par conséquent à une perte de confinement. Dans certaines situations accidentelles, telles qu’un incendie, les filtres peuvent être soumis à un apport important de particules ou à des particules très colmatantes, occasionnant une élévation rapide de leur perte de charge. Dans les modèles de perte de charge existants utilisés pour l’évaluation des risques, la porosité est une donnée d’entrée clef. De nombreux auteurs, via des simulations, ont proposé des valeurs de porosité pour des dépôts de nanoparticules formés par filtration et ont montré, pour un aérosol donné, une dépendance de la porosité en fonction du nombre de Péclet (rapport des mécanismes de transport par convection et diffusion). Une méthodologie expérimentale spécifique a été développé afin d’étudier notamment l’influence, sur la porosité des dépôts, de la taille et la morphologie des particules, des caractéristiques physico-chimiques des particules et du gaz vecteur (nature, masse volumique, viscosité) et des conditions opératoires (vitesse de filtration, pression). Pour cette étude, un banc expérimental ainsi qu’un dispositif de mesure laser spécifiques ont été développés. Ce dernier mesure l’évolution de l’épaisseur du dépôt couplée à sa masse déposée au cours du temps afin de déterminer sa porosité. Les études sur les dépôts de nanoparticules sphériques et formées par des agrégats ont permis de définir le nombre de Stokes (rapport entre l’énergie cinétique de la particule et l’énergie dissipée par frottement avec le fluide) comme le paramètre le plus pertinent pour rendre compte de l’évolution de la porosité du dépôt. Cette étude a débouché sur différentes corrélations permettant l’estimation de la porosité d’un dépôt de nanoparticules pseudo-sphériques ou de particules nanostructurées.
Fichier principal
Vignette du fichier
DDOC_T_2021_0049_NUVOLI.pdf (14.94 Mo) Télécharger le fichier
Origin : Files produced by the author(s)

Dates and versions

tel-03338422 , version 1 (08-09-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03338422 , version 1

Cite

Jonathan Nuvoli. Étude des mécanismes de formation des dépôts de particules appliquée à la filtration THE. Génie des procédés. Université de Lorraine, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LORR0049⟩. ⟨tel-03338422⟩
94 View
177 Download

Share

Gmail Facebook X LinkedIn More