Etude d'un pré-séparateur de particules

 

 Adélaïde Fanton d’Andon  --  Frédéric Hayau

Présentation du sujet

Pour l'intégration d'un pré-séparateur dans l'atelier de broyage-séchage de la chaîne de fabrication du ciment, la société FCB-Ciment a demandé une étude CFD. Il s'agit de modéliser l'appareil et de simuler son fonctionnement avec Fluent.

Le pré-séparateur, comme son nom l'indique, sert à séparer les composants d'une phase solide dispersée selon leur taille. Celui étudié est un séparateur pneumatique des plus simples qui soient: un écoulement d'air ascendant entraîne les particules les plus petites tandis que les plus grosses tombent. 

Voici la géométrie:

La matière traitée dans notre cas est constituée d'un matériau granulaire de [10;10000µm]. Pour la modélisation, cinq classes de particules seront considérées dont les diamètres caractéristiques sont 20, 450,1375 et 2800µm

Simulation 3D

maillage 3D

 Un maillage 3D est indispensable pour reproduire un écoulement réaliste : les phénomènes entrant en jeu ne peuvent en effet conduire à des effets équivalents en 2D. Le maillage est un élément essentiel du problème. Sont représentées sur les figures suivantes les vues maillées: 

            de la boîte à vent où entre l'air                                du conduit d'injection des particules dans la conduite verticale.

                                                          

Résultats de la simulation

Le résultat de la simulation est caractérisé par la fraction de particules récupérées en bas de la conduite verticale. La courbe qui suit compare ces résultats avec l'expérience.

 

courbe de séparation (expérimentale et simulée)

 densité de flux volumique des particules de taille 2800µm

 

Bilan

Le modèle n'a pas été validé car, comme le montre la courbe de séparation, les résultats obtenus sous-estiment la quantité de particules tombées.

Toutefois cette étude a mis en évidence que l'effet de paroi est le phénomène responsable de la chute des particules. La figure précédente montre , par exemple, que le flux de masse descendant d'une classe de grosses particules se situe le long de la paroi.

Une étude avec Saturne a été entamée pour pallier les limitations rencontrées avec Fluent.