Gilles ISENMANN
Approche EULER – LAGRANGE pour la modélisation du transport solide dans les ouvrages de décantation
Approche EULER – LAGRANGE pour la modélisation du transport solide dans les ouvrages de décantation
Résumé :
Résumé :
L’objectif de ce travail de thèse est le développement et la validation d’un outil numérique permettant d’évaluer la performance d’un ouvrage de décantation vis-à-vis de l’abattement des matières en suspension. L’approche Euler-Lagrange est retenue pour la modélisation de l’écoulement et du transport solide. Le modèle numérique développé s’appuie sur la bibliothèque intermediate du logiciel open-source OpenFOAM®, enrichie de nouvelles conditions d’interaction particule/paroi afin de restreindre le dépôt aux zones présentant des caractéristiques géométriques (pente) et hydrodynamiques (contrainte de cisaillement, énergie cinétique turbulente) favorables. En particulier, une nouvelle relation est proposée pour le calcul de l’énergie cinétique turbulente seuil en fonction des propriétés de chaque particule (diamètre et masse volumique). Le modèle numérique est confronté à quatre jeux de données expérimentales. Trois d’entre eux sont issus de la littérature et correspondent à des données collectées sur des modèles réduits de bassin. Le quatrième est composé des mesures effectuées sur un pilote de décanteur à l’échelle 1 dans le cadre de ces travaux. L’ensemble de ces expérimentations permettent d’investiguer une large gamme des paramètres représentatifs de l’écoulement (nombre de Froude, nombre de Reynolds) et du transport solide (contrainte de cisaillement adimensionnelle, diamètre adimensionnel des particules). La comparaison des résultats numériques et expérimentaux permet de conclure sur la capacité du modèle à prévoir l’abattement des particules dans un ouvrage de décantation avec une précision de l’ordre de 5% lorsque les dépôts ont lieu sur l’ensemble du fond. Dans le cas de dépôts localisés dans des zones préférentielles, la répartition des dépôts est bien reproduite par le modèle et l’abattement est évalué avec une précision de l’ordre de 10% (hors cas de particules très peu denses et d’écoulements instables).
L’objectif de ce travail de thèse est le développement et la validation d’un outil numérique permettant d’évaluer la performance d’un ouvrage de décantation vis-à-vis de l’abattement des matières en suspension. L’approche Euler-Lagrange est retenue pour la modélisation de l’écoulement et du transport solide. Le modèle numérique développé s’appuie sur la bibliothèque intermediate du logiciel open-source OpenFOAM®, enrichie de nouvelles conditions d’interaction particule/paroi afin de restreindre le dépôt aux zones présentant des caractéristiques géométriques (pente) et hydrodynamiques (contrainte de cisaillement, énergie cinétique turbulente) favorables. En particulier, une nouvelle relation est proposée pour le calcul de l’énergie cinétique turbulente seuil en fonction des propriétés de chaque particule (diamètre et masse volumique). Le modèle numérique est confronté à quatre jeux de données expérimentales. Trois d’entre eux sont issus de la littérature et correspondent à des données collectées sur des modèles réduits de bassin. Le quatrième est composé des mesures effectuées sur un pilote de décanteur à l’échelle 1 dans le cadre de ces travaux. L’ensemble de ces expérimentations permettent d’investiguer une large gamme des paramètres représentatifs de l’écoulement (nombre de Froude, nombre de Reynolds) et du transport solide (contrainte de cisaillement adimensionnelle, diamètre adimensionnel des particules). La comparaison des résultats numériques et expérimentaux permet de conclure sur la capacité du modèle à prévoir l’abattement des particules dans un ouvrage de décantation avec une précision de l’ordre de 5% lorsque les dépôts ont lieu sur l’ensemble du fond. Dans le cas de dépôts localisés dans des zones préférentielles, la répartition des dépôts est bien reproduite par le modèle et l’abattement est évalué avec une précision de l’ordre de 10% (hors cas de particules très peu denses et d’écoulements instables).