Fluidisation : écoulements dans les milieux fixes et les dispersions solide-liquide

Résumé du document

La fluidisation est une technique largement répandue dans les industries alimentaires consistant à mettre en suspension des particules solide à l'aide d'un courant fluide ascendant. Elle trouve son intérêt dans de nombreux secteurs, tels le séchage, la surgélation ou encore la dénitrification.
Pour utiliser correctement cette technologie, c'est-à-dire pour modéliser, dimensionner et évaluer les coûts des installations, il faut maîtriser les phénomènes physiques qu'elle fait intervenir et parvenir à approximer les paramètres mis en jeu (vitesse, turbulence…).
C'est dans cette optique que nos expériences ont été réalisées, afin de mettre en évidence d'une part les processus élémentaires intervenants, et d'autre part de tester la validité des corrélations.

Extraits

[...] Vitesse terminale de chute d'une sphère isolée La vitesse terminale d'une sphère en chute libre dans un liquide au repos est donnée par des corrélations de la forme : Ret = f(Ga) avec les nombre de Reynolds et de Galilée définis par : Ret = (ρl.ut.dp) / μl et Ga = (ρl.g.d3.(ρs-ρl)) / μl2 avec : μl (Pa.s) la viscosité du liquide (l'eau dans notre cas) ; ρl (kg.m- la masse volumique du liquide ; ρs (kg.m-3) la masse volumique du solide (bille de verres dans notre cas) ; d le diamètre de la sphère. Il existe des corrélations fournissant la vitesse terminale de chute d'une sphère. Celles-ci sont valables dans un liquide en mouvement sous condition que la vitesse terminale de la sphère soit calculée dans le référentiel relatif par rapport au liquide (D'après la valeur de Ga, on trouve le domaine concerné puis selon le domaine, on a une corrélation qui permet de déterminer Ref en faisant intervenir Ga). Il existe une deuxième méthode pour déterminer ce Ref. [...]

[...] Mesures préliminaires Mesure de la vitesse terminale de chute libre ut dans la colonne Nous avons obtenu les mesures suivantes (en secondes) : 9,5 ; 8,47 ; 8,13 ; 8,84 ; 8,81 ; 9,13 ; 9,15 ; 8,6 ; 9,62 ; 9,5. D'où une moyenne expérimentale de : 8,97 secondes et un écart type de 0,5 secondes. Or la hauteur de chute est de 86 cm (0,86 m). D'où une vitesse terminale de chute libre moyenne de : ut exp. = 0,1 m/s. [...]

[...] Mesure de la hauteur h0 du lit en l'absence d'écoulement Pour un débit nul, on mesure : h0 = 14 cm = 0,14 m. Mesure du diamètre des sphères Nous avons obtenu les mesures suivantes (en mm) : 0,6 ; 0,6 ; 0,6 ; 0,6 ; 0,7 ; 0,7 ; 0,7 ; 0,6 ; 0,6 ; 0,6 ; 0,7 ; 0,7 ; 0,6 ; 0,7 ; 0,6. D'où une moyenne expérimentale de : 0,64 mm = et un écart type de 0,05 mm. [...]

[...] Montage expérimental Le montage (présenté sur le figure page 1 bis) consiste en une colonne de Plexiglas 5cm) munie d'une grille de rétention en son pied et remplie de billes de verre (dmesuré = 0,64mm) jusqu'à une hauteur (h0 = 14cm). Il est équipé d'une arrivée d'eau avec recirculation de liquide dans le système via une pompe centrifuge et de deux vannes qui permettent de jouer sur le débit d'eau rentrant. On trouve également un dispositif permettant la mesure de la différence de pression entre le haut et le bas de la colonne. On peut ajouter que les anneaux de Raschig ont pour rôle de répartir l'arrivée de l'eau pour avoir un profil plat à l'entrée du lit de billes. [...]

[...] Calculs préliminaires Comparaison de la mesure des vitesses terminales de chute à la relation de Turton et Clark qui généralise l'expression de la vitesse terminale La vitesse terminale de chute d'une sphère en chute libre dans un liquide au repos est donnée par des corrélations de la forme : Ret = f(Ga). On peut dans un premier temps calculer ces paramètres (Re et Ga) dans les conditions expérimentales. Ga = (ρl.g.d3.(ρs-ρl)) / μl2 = ( 1000.9 ,81.( -3)3.(2648-1000)) / 3)2 = 4238 Avec : μl (Pa.s) la viscosité du liquide (l'eau dans notre cas) ; ρl (kg.m- la masse volumique du liquide ; ρs (kg.m-3) la masse volumique du solide (bille de verres dans notre cas) ; d le diamètre de la sphère. [...]