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Étude par simulation numérique de la dynamique d'écoulement dans un mélangeur planétaire

Chergui, Nacera (2015). Étude par simulation numérique de la dynamique d'écoulement dans un mélangeur planétaire. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le mélangeur planétaire sans lamelle (MPSL) est une technique de mélange utilisée dans plusieurs industries pour mélanger, synthétiser et aérer les produits hautement visqueux avec un degré de contamination le plus bas possible. Plusieurs améliorations ont été apportées à cette technique depuis sa première utilisation, cependant des lacunes scientifiques sont observées, les MPSLs ont connu des problèmes de mélange pour certaines conditions d’opération et de conception. L’objectif de ce travail consiste à étudier numériquement la dynamique de l’écoulement du fluide dans le MPSL afin de comprendre et résoudre son problème de mélange. L’analyse est basée sur la résolution des équations de conservation de masse et de quantité de mouvement en utilisant le code commercial Fluent. Des outils de visualisation ont été utilisés pour décrire qualitativement et quantitativement l’effet de la révolution sur la dynamique d’écoulement du fluide qui part d’une rotation uniforme. L’étude qualitative montre que l’écoulement est essentiellement tourbillonnaire avec la présence de trois axes de rotation : l'axe de rotation primaire, l’axe de révolution et l’axe de rotation secondaire, ce dernier change de direction avec la variation de la vitesse de révolution. L’analyse qualitative montre aussi la présence de singularités dans l’écoulement à partir de certains ratios de vitesses, ces singularités ne se manifestent que sur l’un des deux plans méridionaux parallèle et perpendiculaire au bras de révolution. L’étude quantitative établit un lien entre le bilan de forces agissantes sur le fluide et sa topologie d’écoulement : la force de Coriolis est celle qui modifie l’écoulement pour certains ratios de vitesses et le bilan de forces prévoit la présence des points singuliers.

Titre traduit

CFD study of flow dynamics in blade free planetary mixer

Résumé traduit

The blade free planetary mixer (BFPM) is a technique of mixture, used in many industries to mix, aerate and synthesize products highly viscous, with a lower degree of contamination as possible. Several improvements were introduced to this technique since its first use, however some scientific shortcomings are still observed. The FBPM have met some mixing issues for certain operating and designing conditions. The objective of this work is to numerically study the dynamics of fluid flow in the FBPM in order to understand and to solve that mixing problem. The analysis is based on solving the conservation equations of mass and of momentum by using the commercial code Fluent. Visualization techniques are used to qualitatively and quantitatively describe the effects of the revolution on the flow dynamics of a fluid which starts with a uniform rotation. The qualitative study shows that the flow is mainly swirl with the presence of three axes of rotation: a primary spin axis, a secondary spin axis and an axis of revolution. The secondary spin axis changes direction with the change of the revolution speed. The qualitative analysis also indicates the existence of singularities in the flow structure beyond certain speed ratios. These singularities appear only on one of the two meridional planes parallel and perpendicular to the revolution arm. The quantitative study establishes a link between the balance of the forces acting on the fluid and the topology of the flow: the Coriolis force is the one that modifies the flow structure for some speed ratios and the force balance forecasts the existence of singular points.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliographie : pages 183-190.
Mots-clés libres: Malaxeurs et mélangeurs Dynamique des fluides. Dynamique des fluides numérique. Écoulement visqueux. Écoulement Visualisation. Tourbillons (Mécanique des fluides) lamelle, mélangeur planétaire sans lamelle (MPSL), technique de visualisation, cylindre en rotation, structure tourbillonnaire, analyse qualitative
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Dufresne, Louis
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 23 oct. 2015 18:57
Dernière modification: 23 oct. 2015 18:57
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1533

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