Thèse de Luca Gemello*
Les écoulements à bulles sont légion dans les secteurs de la chimie et des biotechnologies car ils permettent d’approvisionner facilement un milieu liquide en réactif gazeux. Dans tous ces cas industriels, connaître la taille des bulles est essentiel au dimensionnement des réacteurs car elle gouverne l’hydrodynamique et le transfert des réactifs.
Or, la prédiction des tailles de bulles et de leur distribution dans les réacteurs et les fermenteurs se base classiquement sur des corrélations empiriques qui, par nature, ne sont pas transposables d’une géométrie ou d’un système à l’autre.
Pour y remédier, une approche de modélisation multiphysique et multiéchelle a été suivie, en intégrant à un bilan de population des modèles physiques de brisure et de coalescence de bulles.
Le couplage avec le calcul de CFDa(1) fait appel à une méthode QMOMb, permettant un gain en temps de calcul, ce qui représente un enjeu important en contexte industriel.
Le modèle complet a été validé sur des géométries d’écoulements et des conditions opératoires variées(2). Il constitue une avancée majeure pour la prédiction des tailles de bulles dans les réacteurs et fermenteurs industriels de grande taille.
Son extension à des systèmes de rhéologie non newtonienne, comme les moûts fermentaires, intervenant dans la production de biocarburants, est en cours.
a - Computational Fluid Dynamics.
b - Quadrature Method Of Moments.
*Thèse intitulée « Modélisation de l'hydrodynamiquedes colonnes à bulles selon uneapproche couplant modèle à deux fluides et
bilan de population »
(1) L. Gemello, V. Cappello, F. Augier, D. Marchisio, C. Plais, Chemical Engineering Research and Design, 2018, 136, 846-858.
https://doi.org/10.1016/j.cherd.2018.06.026
(2) L. Gemello, C. Plais, F. Augier, D. Marchisio, Chemical Engineering Journal, 372, 2019, 590-604.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.04.109
Contacts scientifiques : cecile.plais@ifpen.fr - Frédéric Augier