III. Problématiques industrielles


Abrasivité des cendres


Dans cette partie, notre problématique a été d'évaluer l'érosion du dispositif de dispersion due aux cendres. En effet, nous réutilisons le dispositif de l'ice-tanker et le fait de créer un nuage de cendres plutôt qu'un nuage de glace puisse éroder les conduites. Nous souhaitons donc connaître l'état du dispositif après 10h d'essais en vol.

L'érosion est un procédé abrasif d'usure dans lequel l'impact répété de petites particules dans un fluide en mouvement contre une surface engendre le détachement de matière de cette surface. L'érosion due aux particules solides est un sérieux problème dans notre cas. Bien que les particules de cendres soient très fines, elles possèdent une dureté importante (5-7 sur l'échelle de Mohs) et sont très abrasives. Les conduites que l'on utilise sont en acier inoxydable.

Nous avons étudié un article résumant les diverses modélisations qui existent pour mieux appréhender le phénomène d'érosion, "Finite element modeling of erosive wear". Dans cette article, plusieurs modèles sont proposés pour simuler l'érosion en fonction de divers paramètres (la vitesse d'impact des particules, leur angle d'impact, leur forme, les propriétés des matériaux,...).

  • Finnie model for ductile erosion, qui propose des modèles pour l'érosion due à une seule particule et pour un matériau en plastique rigide.
  • Bitter model.
  • Neilson and Gilchrist's erosion model, qui reprend le modèle précédent en le modifiant pour l'érosion de matériaux ductiles.
  • Hashish model, modifiant le modèle de Finnie en prenant en compte l'effet de la forme de la particule.
  • Finite element modeling, permettant l'étude du volume érodé, du taux d'érosion et du temps de contact en fonction de la vitesse et de l'angle d'impact des particules.

Nous avons contacté le groupe de BEI n°10, simulation d'un hydrocyclone et prédiction de l'usure, qui a travaillé sur le sujet. Ils ont étudié l'usure d'un hydrocyclone utilisé pour séparer le pétrôle du sable. Leur principal problématique était donc l'abrasion de celui-ci par le sable. Ils ont modélisé leur hydrocyclone à l'aide de NEPTUNE CFD puis ont simulé l'usure de celui-ci en créant un code par modèle, donc en fonction des divers paramètres considérés ci-dessus.

Nous pensons qu'il serait intéressant de se pencher sur leur résultat et d'éventuellement réutiliser leur code avec la géométrie de notre dispositif.