But : Reproduire certains écoulements diphasiques classiques dans une configuration étudiée à l'IFP, comportant un injecteur coaxial d'air dans un capillaire de liquide.

Expérience réalisée à l'IFP :

Injection d'azote (1 NL/h) dans l'heptane (0,5 L/h)
Observation : Les bulles en sortie du coaxial sont petites, de diamètre la moitié du diamètre du tube et de longueur une à deux fois leur diamètre.


Configuration simulée : (avec le système eau/air au lieu de azote/heptane)

En 2D Axisymétrique
21470 mailles

 

Résultat de la simulation

Obtention d'un train de bulles assez régulier

Au niveau de l'injecteur, le détachement des bulles est possible lorsque la pression du gaz atteint la valeur minimale requise.

Ce détachement est contrôlé par l'équilibre de 3 forces principales : la flottabilité qui a tendance à arracher la bulle, la tension de surface qui s'oppose à sa déformation et la force de masse ajoutée exprimant l'inertie du liquide qui freine également le développement de la bulle.

 

A vitesse de gaz donnée, la vitesse du liquide contrôle la forme des bulles de gaz : plus elle sera grande et plus les bulles auront une forme aplatie.

 

Les rapports de vitesses superficielles (i.e. par rapport à la section totale du tube) contrôlent le type d'écoulement diphasique obtenu :

(a) Régime à bulles, (b) Ecoulement de Taylor, (c) Régime annulaire

 

- La simulation précédente se rapproche le plus d'une situation d'écoulement poches-bouchons, même si la simulation obtenue ressemble plutôt à un train de bulles.

- Le cas (a), dans les mêmes conditions de vitesses superficielles, a été testé en simulation sous Fluent, et conduit au résultat suivant :

Résultat de la simulation (régime à bulles)

Sachant que le tube simulé est vertical, il n'est pas possible d'observer dans la simulation 2D Axisymétrique des bulles comme sur la photo (a), donc le résultat de la simulation paraît relativement correct pour un régime à bulles.