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Ecoulement réactif dans du
verre peuplé de bulles

 Introduction   

La formation suivie durant trois années au sein d’écoles d'ingénieur telles que l’ENSIACET et l’ENSEEIHT nous a permis d'engranger des connaissances dans divers domaines, que ce soit en Génie des Procédés ou en mécanique des fluides. C'est lors de projets tels que ceux proposés lors du Bureau d'Etudes Industrielles (BEI) que nous pouvons mettre en application ces connaissances en les adaptant à la demande d'un industriel, qui est dans notre cas Saint-Gobain Recherche. Leur demande concerne la mise en place d’un modèle numérique grâce au logiciel COMSOL permettant de modéliser les différents phénomènes subis par une bulle dans la pâte de verre liquide, au moment de l’affinage. Le but est d’observer le couplage entre quatre principaux phénomènes, à savoir la diffusion, le transfert de matière à l’interface, les réactions du milieu et enfin l’advection, intervenant sur le comportement de la bulle. Dans ce rapport, nous vous présenterons tout d’abord un peu plus précisément la problématique sous-jacente à la demande de l’industriel Saint-Gobain concernant cette modélisation, puis nous vous exposerons les résultats que nous avons obtenus pour les différents phénomènes à étudier, et enfin les perspectives s’ouvrant dans la continuité de notre travail.



Abstract

During the BEI project, companies propose to ENSEEIHT’s students to get onto different subjects corresponding to current problems of these companies. This type of project allows us to use a part of the knowledge we acquired during the three years of engineering school, and this, on a real problem. Our subject, “reactive flow in liquid glass with bubbles”, concerns the evacuation of bubbles formed during the glass production and the chosen way is the growth of bubbles by reaction. Since we do not really know what the bubble is composed of, we chose to study a single O2 bubble and to lead the study we were due to use the software COMSOL.
    Since each case we studied does not always have an analytical solution, we used the software Matlab to model those cases and so to have a tool of comparison with COMSOL. We carried forward our modelization step by step; we first considered the steady state mass diffusion outside of the bubble, then the steady state diffusion plus reaction outside, and then the unsteady state for both previous cases. We did the same work for the inside of the bubble, and then we joined the two domains. At least, we considered the convection phenomenon with Comsol software, and we tried to get onto the coupling of the phenomena, with more or less success, depending on the computational power of our computer. For each step we mentionned above, we compared the results obtained with Comsol and Matlab and with the analytical solution (when we knew it), in order to confirm and validate the computation of our models, and in order to be able to increase the complexity of the modelization. The long-range aim of Saint-Gobain is to know precisely what happens for one bubble, then to several bubbles in interaction, and finally to find a sure and fast way to evacuate bubbles, in order to use ovens less long or to use the end of the existing ovens to produce special glass.