Modélisation

Modélisation

Au vu des données fournies, nous avons considéré une géométrie complète en 3 D. En effet l'entrée tangentielle de l'effluent impose un écoulement asymétrique au sein de l'hydrocyclone donc simplifié la modélisation en 2D ne peut plus être applicable.

 

Géometrie expérimentale

Description de la géométrie

Nous avons choisi de faire un maillage de la géométrie en 3D en respectant la disposition géométrique et le repère donnés et considérés par les auteurs. Nous avons réalisés le maillage de cette géométrie avec le code ICEM CFD. Ce code est complet et adapté pour les géométries complexes et difficiles à mailler par d’autres codes. Pour faciliter la résolution sur Fluent, nous avons décidé de réaliser deux types de maillage, un maillage tétraédrique et un maillage hexaédrique.

Le premier est un maillage dont les faces sont des prismes triangulaires et le second qui donne plus de précision sur les résultats est un maillage dont les faces ont quatre côtés.

Schéma dans l'espace (x,y,z)                                                 

Dans cette géométrie, la difficulté réside dans la création du tube d'entrée tangentiel. En effet il n'est pas très aisé de créer cette entrée tangentielle circulaire d'autant plus que la plupart des auteurs ont préféré créer cette entrée non circulaire mais carré en prenant comme diamètre le diamètre hydraulique correspondant à la section circulaire.

Dans notre cas, nous avons réalisé le maillage tetraédrique avec l'entrée circulaire mais il était difficile et voir impossible de réaliser un bon maillage hexaédrique avec entrée circulaire.

En effet; le maillage hexaédrique est basé sur la création des blocs et le lissage de ce bloc sur la géométrie sauf que pour le lissage du bloc à l'entrée circulaire, la tâche s'est avérée très ardue.

C'est pour cette raison que nous avons finalement décidé de réaliser ce maillage hexaédrique avec une entrée non circulaire comme les auteurs.

Pour modéliser l'espace que va occuper l'air dans l'appareil, nous avons utilisé un tube dont la section vaut 85 % de la section de la sousverse. Nous n'avons pas effectué de maillage dans ce tube car il n'y a pas de données expérimentales concernant cette zone.

 

Modelisation de la géometrie expérimentale

Modélisation de l’hydrocyclone sous ICEM CFD

Nous avons expliqué plus haut que lorsque l’hydrocyclone fonctionne sous les conditions atmosphériques, il se produit à son centre un filet d’air appelé « air core » dû à une forte dépression qui se forme au centre de l’hydrocyclone (figure ci dessous).

Hydrocyclone experimental avec au centre le filet d’air (air core)

Les auteurs (Hsieh et Narashima) ont montré que cet « air core » peut être modélisé par un simple tube plein et que ceci n’affecte pas les résultats finaux de simulations.

 En prenant en compte ces renseignement nous avons modéliser ce cœur gazeux par un tube dont le diamètre correspond à 85 % du diamètre de la sous verse.

Hydrocyclone sous icem CFD avec air core (tube rouge)

Maillage

Maillage

 

Maille tetra

 

Nous avons réalisé, avec les données expérimentales de Hsieh et la géométrie que nous avons réalisé sous ICEM CFD, le maillage 3D dont les cellules ont des faces triangulaires (voir figures ci dessous).    

Maillage tetra sous ICEM de l’hydrocyclone (436700 cellules)

Ce type de maillage a été réalisé en vue de réaliser la comparaison de nos résultats de simulation sous Fluent avec ceux de Hsieh.

Maillage Hexa

En prenant les données expérimentales de Hsieh et la géométrie que nous avons réalisée sous ICEM CFD, nous avons réalisé le maillage dont les cellules ont les faces quadrilatères.

Ce type de maillage, beaucoup plus précis que le premier, se construit sur la stratégie de blocs c'est-à-dire la géométrie doit être associé à un ensemble de blocs dont les bords lissent parfaitement les contours de l’appareil. Une bonne réalisation des blocs implique une bonne qualité de maillage.

Maillage hexa de l’hydrocyclone (236000 cellules)

Comme on peut le voir, la zone représentant l’entrée de l’effluent présente un maillage irrégulier.

Maillage zone d’entrée du fluide

 Il est difficile de réaliser ce type de maillage sur la zone d’intersection entre le tube d’entrée et le corps de l’appareil comme le montre le plan de coupe de cette zone.

Plan de coupe sur la zone d’entrée

D’autre part, les auteurs (Hsieh et narashima) avaient pris part de cette difficulté dans leur article et avaient donc réalisé leur maillage de cette zone en remplaçant le tube d’entrée circulaire par un tube à section quadrilatère.

Prenant en compte ce dernier fait, nous avons réalisé le maillage Hexa en remplaçant le tube d’entrée par un tube à section carré dont le coté est égal au diamètre hydraulique du premier tube.

Maillage hexa dont la géométrie est modifiée (192000 cellules)

Comme on peut le voir sur le plan de coupe le maillage dans la zone d’entrée devient régulier

Plan de coupe de la zone d’entrée