Enjeux scientifiques et techniques 

Il est essentiel de mieux comprendre les phénomènes multi-physiques et  multi-échelles qui ont lieu dans les écoulements particulaires réactifs tels que ceux rencontrés dans les installations industrielles pour l’énergie et les procédés.

 

Un grand nombre de procédés industriels nécessite la mise en œuvre d’ écoulements réactifs dans lesquels une phase continue (gazeuse ou liquide) interagit avec une phase solide dispersée : les procédés catalytiques en lits fluidisés, la combustion dans un tambour en rotation, la gazéification du bois, la combustion des déchets solides, etc.  Avec l’augmentation inexorable des coûts de l’énergie et l’urgence d’accélérer la transition vers des énergies plus propres et renouvelables, il est déterminant de pouvoir mieux maitriser et contrôler  ces phénomènes complexes afin de réduire la consommation d’énergie et l’empreinte environnementale (MORE control 4 LESS environmental footprint).

 

Une meilleure compréhension des couplages mis en jeu dans ces écoulements (hydrodynamique, chimique, thermique) est un élément essentiel pour l’aide à l’optimisation et le contrôle de ces procédés. De plus la capitalisation des connaissances acquises dans des codes CFD permettra de mieux prédire ces écoulements, apportant ainsi une aide précieuse pour la conception. Néanmoins,  il s’agit d’un verrou scientifique majeur. En effet, les codes CFD actuels ne sont pas suffisamment prédictifs et n’ont souvent pas la capacité d’exploiter la puissance de calcul offerte par les supercalculateurs massivement parallèles pour appliquer les modèles  à des problématiques industrielles à grande échelle.

 

La très grande difficulté à modéliser ces écoulements réside dans la très grande variété de configurations qui peuvent être rencontrées en fonction de la fraction volumique de particules (régime modérément dense à dense), la charge massique des particules (avec une large distribution en masse), la taille des particules par rapport à celle des mailles (couplage fluide/particule et modèles de sous-maille adaptés), la nature de l’écoulement chargé de particules (non isotherme et réactif). En prenant en compte les transferts de quantité de mouvement, de chaleur et de masse,  et les couplages entre les phases, le travail de modélisation des écoulements particulaires réactifs reste un vrai challenge.

 

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