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The steel quality is an important focus for ArcelorMittal. The presence of inclusions in the form of precipitates of different composition can produce defects in the slab (exfoliation) which can affect rolling operations and giving a poor surface sheet of steel. To provide actuators for efficient removal of these inclusions, we must first know the phenomena that govern their birth and their lives. The objective of this thesis is to understand and to predict the stages of germination / growth of solid inclusions present in liquid steel. In this context, a numerical tool has been implemented. It takes into account not only the mechanics of fluid through the use of Fluent® but also thermodynamics with a homemade tool called MIPPHASOLACIDO and an inclusions population size tracking with a new method based on the work of Marchisio et al. (2004). Multi-QMOM is an elegant tool built with a finite number of QMOM (Quadrature Method Of Moments) used to monitor changes of population size. It represents the major innovation of this thesis. The numerical tool whose results were compared to analytical and industrial cases can model the phenomena of precipitation, growth, aggregation and extraction of various solid inclusions. It allows the study of different parameters and their impacts on inclusions population.; La qualité des aciers est un axe important pour ArcelorMittal. La présence d'inclusions, sous forme de précipités de compositions diverses, peut produire des défauts dans les brames (exfoliations) qui pourront se répercuter lors des opérations de laminage, en donnant un mauvais état de surface à la tôle d'acier. Afin de proposer des actionneurs permettant une élimination efficace de ces inclusions, nous devons avant tout connaître les phénomènes qui régissent leur naissance et leur vie. L'objectif de cette thèse est donc de comprendre et de pouvoir prédire les étapes de germination/croissance des inclusions solides présentes dans l'acier liquide. Dans cette optique, un outil numérique a été mis en place. Il prend en compte non seulement la mécanique des fluides à travers l'utilisation de Fluent® mais aussi la thermodynamique avec un outil fait maison et le suivi en taille des populations d'inclusions avec une nouvelle méthode basée sur les travaux de Marchisio et al. (2004). Le module Multi-QMOM est un outil élégant, construit avec un nombre fini de méthode QMOM (Quadrature Method Of Moments), utilisé pour suivre l'évolution en taille d'une population multiple. Il représente l'innovation majeure de cette thèse. L'outil numérique dont les résultats ont été confrontés à des cas analytiques et industriels permet de modéliser les phénomènes de précipitation, de croissance, d'agrégation et d'extraction de diverses inclusions solides et il permet l'étude de différents paramètres et leurs impacts sur la population inclusionnaire.

Non disponible / Not available; Actuellement l'état des connaissances sur l'hydrodynamique et la thermique des écoulements de suspensions newtoniennes et non newtoniennes ne permet pas de bien appréhender les problèmes liés à la stérilisation des écoulements chargés en particules dans l'industrie alimentaire. A ce jour, l'influence de la phase des particules solides sur l'écoulement n'est toujours pas très bien connue et pourtant c'est elle qui détermine la rhéologie du mélange et donc toute la Thermomécanique de ces écoulements. Les objectifs de ce travail expérimental sont de vérifier si les modèles rhéologiques établis pour des suspensions de particules de structure microscopique peuvent s'appliquer à des suspensions de "grosses" particules et d'expliquer les problèmes liés aux mécanismes de transfert de chaleur entre la suspension et la paroi. Les études menées, ont montré que le modèle de milieu effectif est efficace dans l'analyse de la perte de charge pour les fluides newtonien et non newtonien, en régimes laminaire et turbulent en situation isotherme. La migration latérale des particules vers l'axe de la conduite contribue à la modification de la rhéologie du mélange. La sédimentation observée et les interactions entre le fluide porteur et les particules sont à l'origine de la non homogénéité des suspensions en écoulement isotherme. Le transfert thermique est influencé par les particules. Le développement de la couche limite thermique est perturbé par la présence des particules. L'objectif est la maîtrise de la stérilisation en continu, des fluides alimentaires chargés de particules, par procédés thermiques. Le fluide porteur s'organise en anneau monophasique qui entoure la zone des particules au centre du tube. Cette organisation de l'écoulement chargé est néfaste puisqu'il fait émigrer les particules vers la zone froide où la stérilisation est difficile.

Non disponible / Not available, Actuellement l'état des connaissances sur l'hydrodynamique et la thermique des écoulements de suspensions newtoniennes et non newtoniennes ne permet pas de bien appréhender les problèmes liés à la stérilisation des écoulements chargés en particules dans l'industrie alimentaire. A ce jour, l'influence de la phase des particules solides sur l'écoulement n'est toujours pas très bien connue et pourtant c'est elle qui détermine la rhéologie du mélange et donc toute la Thermomécanique de ces écoulements. Les objectifs de ce travail expérimental sont de vérifier si les modèles rhéologiques établis pour des suspensions de particules de structure microscopique peuvent s'appliquer à des suspensions de "grosses" particules et d'expliquer les problèmes liés aux mécanismes de transfert de chaleur entre la suspension et la paroi. Les études menées, ont montré que le modèle de milieu effectif est efficace dans l'analyse de la perte de charge pour les fluides newtonien et non newtonien, en régimes laminaire et turbulent en situation isotherme. La migration latérale des particules vers l'axe de la conduite contribue à la modification de la rhéologie du mélange. La sédimentation observée et les interactions entre le fluide porteur et les particules sont à l'origine de la non homogénéité des suspensions en écoulement isotherme. Le transfert thermique est influencé par les particules. Le développement de la couche limite thermique est perturbé par la présence des particules. L'objectif est la maîtrise de la stérilisation en continu, des fluides alimentaires chargés de particules, par procédés thermiques. Le fluide porteur s'organise en anneau monophasique qui entoure la zone des particules au centre du tube. Cette organisation de l'écoulement chargé est néfaste puisqu'il fait émigrer les particules vers la zone froide où la stérilisation est difficile.

Not available, Un jet de fluide soumis à un écoulement transversal génère une dynamique très complexe, dont la description et la prédiction constituent un enjeu tant fondamental qu'industriel. L’étude s'appuie sur une corrélation étroite entre l'approche expérimentale et la simulation numérique de l'écoulement. La configuration étudiée concerne une buse de section rectangulaire ayant un rapport d'aspect de 2. L’écoulement transverse et celui du jet sont turbulents. Les rapports de vitesses Uj/Ut sont compris entre 3 et 6. L’expérimentation est successivement conduite en canal à eau et en souffleries. Les résultats proviennent de l'analyse des visualisations ainsi que de l'exploitation des mesures du champ instantané de vitesse et de température par vélocimétrie à 2 fils chauds croisés et fil froid et par vélocimétrie laser à effet doppler. Les mesures sont pour l'essentiel réalisées dans le plan médian du jet. La notion de ligne centrale du jet est d'abord définie et quantifiée. Ensuite une approche métrologique originale permet de mesurer les grandeurs moyennes et leurs fluctuations dans un repère de Frénet porte par les lignes de courant. L’analyse statistique des fluctuations permet la détermination des échelles de turbulence, des flux turbulents et du nombre de Prandtl associé. L’analyse fréquentielle des données montre le caractère fortement instationnaire de l'écoulement. Une fréquence caractéristique émerge nettement des que la vitesse du jet est suffisante. Elle correspond à un nombre de Strouhal de 0.1. La simulation numérique en volumes finis est menée selon une approche stationnaire puis instationnaire. La solution stationnaire ne converge pas vers la moyenne des solutions instationnaires qui se révèle seule en très bonne concordance avec l'expérience, tant sur les valeurs moyennes que sur la prédiction des structures spatio-temporelles. L’émission par une buse rectangulaire ne modifie pas qualitativement l'organisation spatiale et temporelle de l'écoulement observé en buse circulaire. En revanche, la synthèse de nos résultats permet d'une part de préciser quantitativement les champs de vitesse et de température dans la configuration étudiée et d'autre part, de compléter la description habituellement admise de l'évolution temporelle des deux vortex contrarotatifs marquant le développement du jet.

Not available, Dans le but d'améliorer les performances des réacteurs lits fixes, en particulier des réacteurs trickle beds, ce travail de thèse vise à contrôler l'écoulement des fluides circulants dans ces installations. Deux approches très différentes de l'hydrodynamique dans ce type de milieux poreux ont été étudiées. Dans une première partie, la structure géométrique du lit fixe a servi de base à la construction d'un modèle d'écoulement interne de type réseau : les pores sont assimiles à des nœuds ou capacités, les gorges de pores ou interconnections sont assimilées à des branches, les résistances à l'écoulement leur étant attribuées aléatoirement à partir d'une loi statistique. Au vu d'un grand nombre d'échantillons de lits fixes recrées par ordinateur, il a été démontré l'existence d'une échelle de longueur intermédiaire destinée au développement d'un modèle macroscopique. Dans une seconde partie, l'écoulement au sein d'un milieu poreux a été comparé à l'écoulement périodique dans le temps entre deux cuves elliptiques confocales. À partir de l'expression analytique de l'écoulement de stokes au sein de ce système, un ensemble d'outils informatiques tridimensionnels a été développé afin de mettre en évidence et quantifier le caractère chaotique de l'écoulement, et de déterminer l'influence des divers paramètres principaux sur l'efficacité du mélange. Une analogie basée sur les distributions de temps de séjour entre système dynamique et lit fixe réel a pu être établie pour certaines configurations géométriques et certains protocoles de rotation.

Not available, L’écoulement des fluides thixotropes en conduite est très mal connu. Pourtant le nombre de ces fluides est très important ; en particulier dans l'industrie agro-alimentaire. Le but de cette étude de thèse était donc de mettre en place une installation expérimentale permettant l'étude de l'écoulement d'un fluide modèle thixotrope, de caractériser rhéologiquement notre fluide modelé et de donner des éléments de mécanique de ces fluides. Le fluide modèle que nous utilisons est à base d'argile et d'un polymère de cellulose. En ce qui concerne l'installation expérimentale, celle-ci permet de créer un écoulement de fluide à débit contrôlé ; le fluide laisse au repos est en mis en écoulement par déplacement d'un piston, comme pour une seringue. rhéologiquement, nous avons modélisé notre fluide modèle à partir d'une relation contrainte-structure et d'une cinétique d'évolution de la structure. Grâce à ce modèle, nous avons simulé très correctement les cycles d'hystérésis obtenus à vitesse de cisaillement imposée. L’étude de l'évolution des chutes de pression et des profils de vitesse, obtenus par vélocimétrie ultrasonore à effet doppler pulsé, dans le temps mais aussi dans l'espace nous a permis de donner des éléments de mécanique des fluides thixotropes et de mettre en évidence, par exemple, une très nette restructuration du fluide sous écoulement

This work presents a numerical and experimental investigation of cooling with solidification for thermodependant pseudoplastic fluid, flowing in an horizontal duct subjected to a uniform external convection. We are especially interested in the liquid-solidification free length and the evolution of the liquid-solid interface, axial velocity profile, pressure drop and the evolutions of the local Nusselt number. The effect of temperature dependant character of the fluid is put in evidence., Ce travail présente une analyse numérique et expérimentale du refroidissement avec changement de phase, d'un fluide pseudoplastique thermodépendant en écoulement dans une conduite horizontale soumise à une condition de convection externe uniforme. On s'intéresse plus particulièrement à l'étendue de la zone avant le changement de phase, aux évolutions du profil de l'interface liquidesolide, du profil de vitesse axiale, des pertes de charge et à celle du nombre de Nusselt local. L'effet du caractère thermodépendant du fluide a été mis en évidence.

Not available, On étudie le mélange en cuve agitée par une approche mécanique des fluides. L’écoulement engendré est complexe, tridimensionnel, instationnaire, instable et la turbulence est inhomogène et anisotrope. Ce type d'écoulement nécessite un maillage de mesure fin et l'accès aux trois composantes de la vitesse. Un banc automatisé de vélocimétrie à laser bidimensionnelle rend praticable l'acquisition et le traitement de cette information dont on déduit une cartographie détaillée des champs moyens 3D et des quantités turbulentes. Un premier type d'analyse de ces données, conduit à la connaissance des grandeurs telles que : le tenseur de Reynolds, le taux de dissipation d'énergie, etc., qui notamment au voisinage de la turbine, constituent des conditions aux limites pour les codes de calcul, des paramètres globaux utiles au contrôle du mélange (temps caractéristiques, coefficients de débit et de puissance, etc.). L’autre approche concerne l'analyse de la dynamique de l'écoulement, avec pour projet de réduire cette dynamique très complexe à des modèles plus simples. Dans cette perspective le jet de la turbine est décrit comme une structure autonome ; des phénomènes de déstabilisation sont mis en évidence. Enfin la partie fluctuante de la vitesse dans le jet est décomposée en une partie aléatoire et une partie déterministe à un petit nombre de degrés de liberté

Not available, Une étude expérimentale sur la dynamique des écoulements monophasique et diphasique dans un tube hélicoïdal a été réalisée dans le but d'approfondir nos connaissances sur les mécanismes de séparation des phases d'une part, et d'autre part de modéliser ce type d'écoulement complexe. Cette étude est d'un intérêt certain en pratique notamment dans la conception des générateurs de vapeur en hélice. Notre contribution porte sur les points suivants: l'état de l'art sur les écoulements monophasique et diphasique dans les tubes enroules en hélices; la conception d'un montage expérimental permettant d'effectuer des essais eau-sf6 mélangé et pressurisé à 13.5 bar (le rapport des masses volumiques des deux phases étant voisin de 10), et la réalisation d'une station de mesure permettant la détermination des distributions circonférentielles de la pression, du frottement pariétal, de l'épaisseur de film et du taux de vide dans la section; la constitution d'une banque de données en écoulement monophasique liquide et diphasique eau-sf6. Ces données concernent des grandeurs dynamiques sur le plan moyenne, statistique et fréquentielle. L'analyse de ces données est effectuée grâce aux approches développées dans la littérature; enfin un modèle global à phases séparées pour l'écoulement stratifie est proposé, ce modèle permet de déterminer la répartition des phases dans la section, la chute de pression, et le taux de vide. La comparaison avec les résultats expérimentaux est très satisfaisante

Not available, On se propose d'étudier numériquement et expérimentalement les lois de l'écoulement et du transfert de chaleur pour des fluides newtoniens et non newtoniens thermodépendants, en écoulement laminaire dans une conduite cylindrique de section circulaire et dans un espace situé entre deux plaques planes semi-infinies, chauffées à la paroi à densité de flux de chaleur ou à température constantes. On s'intéresse aux fluides pseudoplastiques dont le comportement peut être modélisé par la loi puissance d'Ostwald. On met clairement en évidence l'incidence d'un champ thermique imposé sur la distribution des vitesses, sur les lois de perte charge et sur les lois de transfert de chaleur qui en résultent. Outre les paramètres classiques, on propose pour le coefficient de frottement et le coefficient d'échange de chaleur des corrélations, qui tiennent compte d'un nouveau groupement adimensionnel dû à la thermodépendance