1 Couderc, Liné, Gourdon Phénomènes de transfert en génie des

I5PETF11 (5 Crédits ECTS)
Modélisation multi-échelles des systèmes polyphasiques
Objectifs :
A la fin de ce module, l'étudiant devra avoir compris et pourra expliquer :
- l'application des équations de conservation dans les systèmes polyphasiques,
- l'approche multi-échelle de procédés selon 3 phases :
1 - intégration des connaissances depuis les objets locaux (inclusions, pores, interfaces) jusqu'au procédé polyphasique.
2 - établissement des lois de fermeture à partir d'un objet isolé ; modifications en milieu dense et interactions.
3 - sensibilisation aux problèmes d'extrapolation/intrapolation liés aux changements d'échelles temporelles et spatiales (hétérogénéités, couplages forts/faibles).
L'étudiant devra être capable de :
- choisir l'échelle pertinente de représentation d'un procédé polyphasique et l'outil permettant de résoudre ce système.
- intégrer des processus et les coupler en adéquation avec l'échelle de représentation
- reproduire le comportement multifonctionnel de systèmes polyphasiques et s'assurer de la validité des conclusions par la mise en place de bilans.
Description :
Programme (contenu détaillé) :
Etablissement des équations de conservation de la matière (phase et espèces chimiques), de la quantité de mouvement et de l'énergie en moyenne de phase pour décrire
localement les systèmes polyphasiques.
Construction et modélisation 3D, 2D, 1D, 0D de systèmes polyphasiques.
Régimes d'écoulements des procédés polyphasiques (colonnes à bulles, conduites gaz-liquide, écoulements liquide-liquide...)
Choix des lois de fermeture (isolé, dilué, dense), choix des couplages et des interactions (bilan de population et termes d'échanges).
Utilisation approfondie d'outils courants de simulation en fonction de l'échelle d'étude, des phénomènes limitants et des couplages (Excel, Matlab, Ansys, Comsol). Comparaison
d'approches et d'outils.
Organisation (déroulement) :
* Cours magistraux et conférences de partenaires industriels et travaux dirigés autour du dimensionnement des opérations polyphasiques, intégrant différentes échelles (cuve
agitée aérée, tour d'ozonation, bioréacteurs de type airlift, colonne de précipitation, transport polyphasique en conduite et milli-réacteur, décanteur liquide-liquide...).
* Bureau d'étude numérique industriel
* Travaux pratiques sur pilote instrumenté (procédés polyphasiques couplés : airlift avec oxydation, cuve agitée...).
Evaluation :
Comment évaluez-vous que ces objectifs sont atteints ?
Travaux dirigés avec un degré d'autonomie croissant, rapport de projet et travaux pratiques.
En quoi le système d'évaluation aide les étudiants à atteindre ces objectifs ?
La formalisation des travaux permettra de souligner le lien avec les éléments de cours. L'application à un contexte industriel permet de le développer dans le cadre motivant
d'un partenariat.
Méthodes d'évaluation : Rapport, Exposé, Travaux Pratiques
Volume horaire : 27.5h (CM), 22.5h (TD), 7.5h (TP), 15h (Projet), 50h (Perso)
Prérequis :
Modélisation et résolution numérique en mécanique des fluides Transferts thermiques et réacteurs réels
Concept de base des OPU
Technologie et dimensionnement des OPU
Simulation et analyse des procédés
Responsable de l'UF : Arnaud COCKX
Type de formation : Formation initiale
Semestre : 1
Bibliographie :
1 Couderc, Liné, Gourdon Phénomènes de transfert en
génie des procédés, Lavoisier Tec&Doc 2008 ; ISBN :
978-2-7430-1006-5
Oesterlé, Ecoulements multiphasiques : des fondements aux méthodes d'ingénierie, Lavoisier 2006, ISBN : 978-2-7462-1469-9
Clift, Grace, Weber, Bubbles, Drops, and Particles; Dover publication 1978; ISBN 0-486-44580-1
Wallis, One Dimensional Two-Phase Flow; McGraw-Hill, New York 1969; ISBN-10: 0387283218
Crowe, Sommerfeld, Tsuji, Multiphase Flows With Droplets and Particles; CRC Press 1998, ISBN:0-8493-9469-4
Institut des Sciences Appliquées de Toulouse
http://odf.insa-toulouse.fr/