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Theses

Liquid-liquid mass transfer characterization applied to metallurgical process

Abstract : L’objectif de cette thèse est de caractériser le transfert de masse entre l’acier liquide et une autre phase liquide dans le cas d’une cuve industrielle agitée avec injection d’argon utilisée dans les procédés sidérurgiques. Lors de cette étude on considère uniquement l’influence de l’écoulement généré par l’injection de gaz sur le transfert de masse. Pour ce faire on utilise une maquette à eau du procédé développée à ArcelorMittal Maizières Research utilisant de l’air, de l’eau et de l’huile à température ambiante. De plus, on utilise une simulation directe avec maillage adaptatif dynamique avec le code Basilisk pour reproduire la configuration de la maquette. Dans un premier temps on étudie l’hydrodynamique de la maquette en mesurant la surface de l’« open eye » et la fragmentation de la couche d’huile sous l’effet de l’injection d’air. Nos résultats expérimentaux et numériques montrent que la surface de l’« open eye » augmente avec le débit d’air en accord avec les résultats de la littérature. On observe aussi que la fragmentation de la couche d’huile a lieu pour des débits similaires dans l’expérience et la simulation. Dans la deuxième partie de cette thèse, on mesure expérimentalement le transfert de masse du thymol entre l’eau et l’huile lorsque le débit d’air varie. Les résultats expérimentaux montrent que le transfert de masse augmente de manière abrupte lorsque le débit d’air dépasse une valeur critique en accord avec les résultats de la littérature. De plus, la transition entre les différents régimes de transfert de masse est corrélée à la fragmentation en continu de la couche d’huile en gouttes d’huile. Pour simuler cette configuration de transfert de masse complexe plusieurs hypothèses ont dû être effectuées. En raison de la trop faible taille de la couche limite de concentration due à la faible valeur du coefficient de diffusion du thymol dans l’eau on considère un coefficient de diffusion plus élevé dans la simulation. Les résultats numériques représentent qualitativement bien la configuration du transfert de masse de la maquette avec une variation de la concentration principalement le long de l’interface eau huile. Cependant, à partir de la quantité limitée de simulations on n’observe pas d’augmentation abrupte du transfert de masse comme dans les résultats expérimentaux. Enfin, des corrélations pour prédire le transfert de masse ont été établis à partir d’analyse basée sur la théorie de la couche limite. Ces corrélations donnent de relativement bonne prédiction du premier régime de transfert de masse pour chaque expérience. Néanmoins, en utilisant ces corrélations l’extrapolation des résultats numériques vers le faible coefficient de diffusion correspondant au cas expérimental surestime les résultats expérimentaux.
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https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-03227840
Contributor : Nelson Joubert Connect in order to contact the contributor
Submitted on : Monday, May 17, 2021 - 4:19:55 PM
Last modification on : Monday, June 14, 2021 - 10:25:00 AM
Long-term archiving on: : Wednesday, August 18, 2021 - 6:53:31 PM

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  • HAL Id : tel-03227840, version 1

Citation

Nelson Joubert. Liquid-liquid mass transfer characterization applied to metallurgical process. Fluids mechanics [physics.class-ph]. Sorbonne Université / Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2021. English. ⟨tel-03227840⟩

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