Search

The aim of this thesis is to study the propagation of acoustic waves in a double porosity medium. The analytical characterization of the vibration modes of a double porosity plate has been studied. The theoretical study was validated by experimental ultrasonic measurements, on two granular materials with double porosity and single porosity glass beads, by the determination of a theory-experiment comparison coefficient. These measurements also allowed the detection of the four waves propagating in a double porosity medium. An experimental device has been developed for the purpose of characterizing the clogging phenomenon which affects the porous media when traversed by a fluid loaded with suspended particles. This phenomenon affects for example the filters used in the clarification of dirty waters. The non-destructive ultrasonic method was combined with the destructive method generally used in laboratories, for monitoring the deposition in time and space of the three porous media subjected to the injection of turbid solutions for a long time. Correlations between the acoustic properties (phase velocity and energy of the transmitted signal) and the variation of the porosity of the medium as a consequence of the deposition are obtained. All results show a good agreement between the two methods., L’objectif de cette thèse est d’étudier la propagation des ondes acoustiques dans un milieu à double porosité. La caractérisation analytique des modes de vibration d’une plaque à double porosité a été mise en évidence. L’étude théorique a été validée par des mesures ultrasonores expérimentales, sur deux matériaux granulaires à double porosité et des billes de verre à simple porosité, via la détermination d’un coefficient de comparaison théorie-expérience. Ces mesures ont également permis la détection des quatre ondes se propageant dans un matériau à double porosité. Un dispositif expérimental a été développé dans le but de caractériser le phénomène de colmatage qui affecte les milieux poreux lorsqu’ils sont traversés par un fluide chargé de matières en suspension. Ce phénomène affecte par exemple les filtres utilisés dans la clarification des eaux sales. La méthode ultrasonore non destructive a été combinée avec la méthode destructive généralement utilisée dans les laboratoires, pour le suivi du dépôt dans le temps et dans l’espace des trois milieux poreux soumis à l’injection de solutions turbides pendant une longue durée. Des corrélations entre les propriétés acoustiques (vitesse de phase et énergie du signal transmis) et la variation de la porosité du milieu en conséquence du dépôt sont obtenues. L’ensemble des résultats montre un bon accord entre les deux méthodes.

Cet article présente un nouveau dispositif aéraulique permettant de faire des prélèvements de poussières sur différentes surfaces, mais pouvant également servir comme instrument de mesure de l'adhésion et de la mise en suspension de ces poussières. Une étude numérique sur les vitesses de frottement produites dans ce dispositif nommé DUSTER-BOX est présentée en première partie. Nous présentons ensuite l'efficacité de détachement de particules de tungstène sphériques calibrées en taille pour deux configurations de pression d'air d'alimentation.

The steam generator is an essential component in PWR. After 15-20 years of functioning, an obstruction by deposits of flow holes between Tube Support Plate (TSP) and primary tubes is observed, called TSP clogging. This phenomenon may lead to dramatic consequences for nuclear power plant operation. The aim of this thesis is to deepen the understanding of the mechanisms responsible for TSP clogging by identifying and prioritizing the preponderant processes. COLENTEC is an experimental facility designed to reproduce TSP clogging deposits under representative conditions. Microscopic characterizations allowed revealing the deposit formation by precipitation and the initiation role of material passivation in deposit formation. Lipping and ripple forms, specifying TSP clogging, were not observed in COLENTEC tests. This is suggested to be caused by insufficient concentration of suitable particles at the test section. Particle deposition is supposed to be essential for the formation of lipping deposits. Electrokinetic and flashing phenomena are supposed to contribute to TSP clogging formation. An experimental collaboration with the University of Manchester was established to better understand the clogging formation by investigating the role of electrokinetic phenomenon. This study allowed reforming deposits with lipping and ripple forms as observed in EDF steam generators. Electrokinetic involvement, strongly affected by flow velocity, was considerably suggested in TSP clogging formation. Numerical quantification of deposit formation by each phenomenon was performed and compared to EDF feedbacks. Electrokinetic phenomenon was found to play a predominant role.; Le générateur de vapeur est un composant essentiel du réacteur à eau pressurisée. Après 15 à 20 ans de fonctionnement du GV, un phénomène de colmatage est observé, qui induit le bouchage du passage folié entre les tubes GV et la plaque entretoise. Ce phénomène peut avoir de graves conséquences pour le fonctionnement de la centrale nucléaire. L’objectif majeur de cette thèse est d’approfondir les connaissances des mécanismes responsables de la formation du colmatage en identifiant et hiérarchisant les processus prépondérants. L’installation COLENTEC est un outil expérimental conçu pour reproduire des dépôts dans des conditions représentatives d’un GV. La post-caractérisation microscopique a permis d’identifier la contribution du phénomène de précipitation et le rôle d’initiation de la passivation du matériau. Les formes spécifiques du colmatage, lipping à l’entrée et rides le long de la plaque entretoise, n’ont pas été observées dans les essais COLENTEC. Cela peut être provoqué par l’absence de particules dans la section d’essai ou une vitesse insuffisante du fluide. Le flashing et le phénomène électrocinétique ont été supposés contribuer à la formation du colmatage. Une collaboration avec l’Université de Manchester a été établie au cours de ce travail afin d’étudier expérimentalement le phénomène électrocinétique. Les travaux effectués ont permis de mieux comprendre ce phénomène et de suggérer son influence considérable dans la formation du colmatage. Des quantifications numériques de chaque phénomène ont été réalisées, prédisant un rôle prédominant du phénomène électrocinétique.

International audience; To favor the control of membrane fouling on line by relaxation and backwash sequencing, two major fouling origins are considered: the former is due to retention of large particles on the membrane surface forming a growing deposit that can be controlled by tangential shear stresses, the second is due to the retention of the largest soluble polymers forming a thin layer on the membrane surface including pore blocking and inducing a progressive reduction of the deposit porosity, the influence of this second fouling origin can only be reduced by backwashing. A simple model was developed to represent (i) the accumulation of two types of compounds and its consequences and the evolution with time of the hydraulic resistance of the system and (ii) the role of relaxation and backwashing to reduce the fouling impact. Some simulations were presented according to the values of the three model parameters. Simulations were also compared to experimental data obtained on biological suspensions.

The study undertaken in this thesis is to develop a reliable and comprehensive numerical modeling of transport and deposition of particles in pulmonary flow based on the use of CFDACE computer code. This code includes a fluid solver that solves the Navier-Stokes in a finite volume formulation. The CFD-GEOM software was used to create 3D surfaces of the geometry of the generic model of Weibel and generate the unstructured tetrahedral finite volume mesh. As part of this work, it is assumed that the airflow is laminar, steady (unsteady only in bronchial models) ; the particles of diameter 5μm are spherical and noninteracting. The percentage of global and local particle deposition in the lungs can be expressed as a deposition efficiency and is defined as the ratio between the number of particles deposited in a given area and the total number of particles initially admitted to the entrance of lungs. The deposition efficiency depends strongly on the Stokes number of entry, the airflow fluid velocity profile (Reynolds number at the inlet), the distribution and characteristics of particles. We have successfully modeled the flow, the transport and deposition of particles in simple configurations (models of Weibel), realistic configurations (lungs of rats and rabbits) and we can conclude that the simulation, al though expensive in terms of computer memory & time (especially for particle deposition), does not present insurmountable difficulties. On the other hand, obtaining a realistic geometry and mesh generation main a challenge., L’étude engagée dans cette thèse consiste à mettre en place une modélisation numérique fiable et complète du transport et du dépôt des particules dans un écoulement pulmonaire en se basant sur l’utilisation du code de calcul commercial CFD-ACE. Ce code intègre un solveur fluide qui résout les équations de Navier-Stokes incompressibles dans une formulation volumes finis. Le logiciel CFD-GEOM a été utilisé pour créer les surfaces en 3D de la géométrie générique du modèle de Weibel et ainsi générer le maillage non-structuré tétraèdrique en volumes finis. Dans le cadre de ce travail, il est supposé que le flux d’air est laminaire, stationnaire (ou instationnaire uniquement dans les modèles bronchiques) et incompressible ; les particules de diamètre 5μm sont sphériques et sans interaction. Le pourcentage global et local du dépôt des particules dans les poumons peut s’exprimer comme une efficacité de dépôt et se définit par le rapport entre le nombre de particules déposées dans une région donnée et le nombre total de particules admises initialement à l’entrée de la conduite. L’efficacité de dépôt dépend fortement du nombre de Stokes d’entrée, des conditions d’admission en termes de profil de vitesse du fluide (nombre de Reynolds d’entrée), de la distribution et des caractéristiques des particules. Nous avons donc modélisé avec succès les écoulements ainsi que le transport et le dépôt de particules dans des configurations simples (modèles de Weibel) et des configurations réalistes (poumons de rat et du lapin) et ce que l’on en peut dire c’est que la simulation, bien que coûteuse (surtout pour le dépôt des particules), ne présente pas de difficultés insurmontables. Par contre l’obtention d’une géométrie réaliste et la génération du maillage associé reste une étape délicate.

International audience; The quality of air within factory buildings is controlled by many food manufacturers. Ventilation system hygiene must be regularly cleaning to prevent the build up of dust, product or condensate that may provide a focus for microbial growth. In the present study we predict the particle deposition velocity in ventilation ducts of three different food factories. At these locations, during several days, aerosol particle number and mass size distribution were measured using optical particle counter and cascade impactor, respectively. The concentration of particulate matter of aerodynamic diameters in the size range 0.3-20 mu m varied from 0.2 to 1.7 mu g m(-3). The measured mass concentration and the predicted particle deposition velocity were used to calculate the deposited particle mass flux (DMF) in the ventilation ducts of each site. The results indicate that the DMF at the floor is about 2-20 times larger than that at vertical walls. Thus, the deposited particle mass on the floor is sufficient to check whether a ventilation duct should be cleaned. According to the chosen cleaning initiation criteria for ducts, ventilation systems would take approximately 1-9 years to meet the cleaning time. So, cleaning procedures and maintenance intervals are strongly influenced by several parameters, such as flow conditions, particle concentration, characteristics of the ventilation duct and the filter efficiency. The modeling approach combined with mass concentration measurements enables the analysis and the quantification of the influence of these parameters.

La protection des opérateurs et la surveillance des ambiances de travail en cas de mise en suspension d’aérosols radioactifs, dans un local ventilé d’une installation nucléaire, requièrent la connaissance de l’évolution spatio-temporelle de la concentration en particules, en tout point du local considéré. L’estimation précise de cette concentration a fait l’objet du développement de modèles spécifiques de transport et de dépôt d’aérosols dans un local ventilé, dans le cadre d’une thèse cofinancée par l’IRSN et EDF, en collaboration avec l’IMFT. Un formalisme eulérien de glissement est utilisé pour modéliser le transport des aérosols. Celui-ci est basé sur une unique équation de transport des concentrations en particules (« Diffusion-Inertia model »). L’étude spécifique du dépôt d’aérosols en parois a permis de développer un modèle de couche limite, qui consiste à déterminer précisément le flux de dépôt de particules en parois, quels que soient le régime de dépôt et l’orientation de la surface considérée. Les modèles de transport et de dépôt finalement retenus ont été implantés dans Code_Saturne, un logiciel de mécanique des fluides. La validation de ces modèles a été effectuée à partir de données de la littérature en géométries simples, puis sur la base de campagnes expérimentales de traçage dans des locaux ventilés d’environ 30 m³ et 1500 m³.

National audience