Présentation du projet

Le système industriel

L'installation que nous étudierons au long de cette étude est un homogénéisateur haute pression utilisé pour produire une émulsion.

Une émulsion est un mélange de deux substances liquides non-miscibles, macroscopiquement homogène mais microscopiquement inhomogène. L'un des deux fluides est ainsi présent en phase dispersée sous la forme de micro-gouttelettes au sein de l'autre fluide constituant une phase continue. Les émulsions sont utilisées dans de nombreux domaines tels que la cosmétique, l'agroalimentaire et, comme c'est le cas ici, le domaine de la santé. Elles permettent l'inclusion d'une grande variété de composants au sein d'une même solution.

En entrant dans le système, la solution comprend déjà une phase dispersée, et l'objectif sera ici de réduire la taille des gouttes présentes par rupture en générant un écoulement turbulent. Pour cela, on amène le fluide à s'écouler entre deux plaques très rapprochées avant d'entrer brusquement dans une cavité beaucoup plus large. Cet élargissement entraîne alors une forte augmentation du nombre de Reynolds lié à l'écoulement. La géométrie du système est la suivante (géométrie axisymétrique) :

 

 

Enjeux pour l'industriel

Si le diamètre initial et le diamètre final des gouttes sont connus, les phénomènes qui ont lieu au sein du système restent difficiles à quantifier, notamment les mécanismes de rupture et de coalescence des gouttes et leur influence respective sur les dimensions de ces dernières en sortie du système. 

Obtenir des gouttes suffisamment fines au sein de l'émulsion représente pour l'industriel un enjeux d'une grande importance. En effet, la taille des gouttes est déterminante pour des raisons d'efficacité de l'émulsion, mais aussi pour des raisons de stabilité dans le temps.

La simulation numérique est un outil privilégié pour étudier l'influence de différents paramètres sur un écoulement. Il est donc particulièrement adapter aux études d'optimisation de systèmes industriels complexes. 

 

Nos objectifs

Le but de notre étude est de caractériser l'écoulement au niveau de l'élargissement brusque et en aval de celui-ci. Nous nous intéresserons particulièrement aux grandeurs caractéristiques de la turbulence, celles-ci étant à l'origine des phénomènes de rupture des gouttes. Ce projet s'inscrit dans une démarche de plus grande envergure dont l'objectif est de déterminer l'influence de paramètres physiques et géométriques sur le processus d'émulsification en vu de son optimisation. Nous poserons ici les bases de ce travail en caractérisant les phénomènes observés dans l'écoulement pour un jeu de paramètres donné sans observer l'effet d'une variation de ces paramètres.