Application aux écoulements en milieux pâteux

Simulation Numérique :
« Application aux écoulements en
milieux pâteux »
PESSELON Brieuc
Centre de Recherche de Lafarge
Ce stage réalisé au sein du Centre de Recherche de Lafarge® (LCR) à Saint Quentin Fallavier
dans l’Isère a pour but de simuler, à l’aide des logiciels de simulation numérique de mécaniques des
fluides (CFD) « Gambit® et Fluent® », des écoulements de fluides non-newtoniens : le plâtre et le
béton, sollicités dans différents procédés : malaxeur et mini bétonnière portée.
Ces études ont été réalisées dans le cadre d’une
démarche d’optimisation de procédés industriels basée sur la
mise en œuvre d’outils de simulation numérique. Le Centre de
Recherche Lafarge a initié une étude sur le fonctionnement
d’un malaxeur de pâte de plâtre et sur celui d’une mini
bétonnière portée.
Le rapport comportera deux grandes parties et
permettra à Lafarge d’appréhender les phénomènes physiques
qui apparaissent pendant ces écoulements : amas de pâte de
plâtre, zones de reflux, rechute de béton, bulles d’air.
La première portera sur l’étude d’un malaxeur de pâte
de plâtre de grande taille. Cette étude fait suite à l’étude déjà
réalisée par la société Ansys pour le compte de Lafarge fin
2007, et au stage réalisé par Mr Abi Akar en 2008. Le malaxeur
présente cette fois-ci des dimensions très supérieures à celles
utilisées précédemment. L’objectif de l’étude est de savoir si le
temps de calcul nécessaire est réduit lors du changement
d’échelle. Le remplissage progressif de la chambre du malaxeur
a été étudié, tout comme les débits de plâtre aux interfaces
d’entrée et de sortie. Trois simulations différentes ont été
réalisées en partant d’un cas simple pour arriver vers une étude
plus complexe.
La seconde partie portera sur la simulation d’une mini
bétonnière portée, appelée communément « mini toupie ». Le
but sera de comprendre le comportement et le malaxage du
béton contenu dans la cuve en fonction de la géométrie des
pales, de la vitesse de rotation de la cuve, du remplissage du
béton et enfin de la rhéologie du béton. De plus, une attention
particulière a été portée aux grandeurs qu’il est possible
d’obtenir lors de ces études : couple, taux de cisaillement et
contrainte pariétale. La simulation comprendra quatre sous
parties, en faisant varier ces caractéristiques dans une
démarche d’optimisation et de fiabilisation des calculs.
Numerical Simulation:
«Application in the flows in pasty circles»
PESSELON Brieuc
Research Center of Lafarge
This internship realized within the Research center of Lafarge ® (LCR) to Saint Quentin
Fallavier in Isère aims at simulate, using the software of computational fluids dynamic: Gambit and
Fluent, the flows of non-Newtonian fluids plaster and concrete sought in various processes: mixer and
mini carried cement mixer.
These studies were realized within the
framework of an approach of optimization of industrial
processes based on the implementation of tools of
numerical simulation. The Research center Lafarge
introduced a study on the functioning of a mixer of
plaster cast and on that of a mini carried cement mixer.
The report will contain two big parts and will
allow Lafarge to arrest the physical phenomena which
appear during these flows: heap of plaster cast, zones of
ebb, concrete relapse, air bubbles.
The first one will concern the study of a mixer of large-sized tall plaster cast. This study follows
upon the study already realized by the company Ansys for Lafarge at the end of 2007, and in the
training course realized by Mr Abi Akar in 2008. The mixer presents this time dimensions very
superior to those used previously. The objective of the study is to know if the necessary calculation
time is reduced during the change of scale. The progressive filling of the chamber of the mixer was
studied, quite as the flows of plaster in the interfaces of entrance and exit. Three different simulations
were realized by leaving a simple case to arrive towards a more complex study.
The second part will concern the simulation of a
mini carried cement mixer, called collectively "mini toupie
". The purpose will be to understand the behavior and the
kneading of the concrete contained in the tank according to
the geometry of pales, rotation speed of the tank, the filling
of the concrete and finally the rheology of the concrete.
Furthermore,
a
particular attention
was carried in the
greatnesses which
it is possible to obtain during these studies: couple, rate of
cutting and parietal constraint. The simulation will include
four under parts, by making vary these characteristics in an
approach of optimization and of fiabilisation of the
calculations.