Développement et validation d’un outil de simulation numérique pour l’étude du masquage radiatif des brouillards multi-composants réactifs.

Les propriétés de masquage des brouillards d’eau sont largement utilisés dans divers domaines, de la lutte contre les incendies (écran rideau thermique) à la protection des cultures contre les températures extrêmes et même dans l’industrie du divertissement. Selon l’application visée, les caractéristiques du brouillard doivent être ajustées avec précision. Par exemple, la taille des gouttelettes doit être suffisamment grande pour retarder leur évaporation, tout en demeurant suffisamment petite pour permettre une diffusion et une absorption efficaces du rayonnement. La théorie de Mie, développée au début du vingtième siècle, demeure une référence essentielle pour comprendre et prédire la diffusion de la lumière par des particules sphériques, ce qui est crucial pour déterminer les propriétés optiques des brouillards. Cependant, dans les applications pratiques, le brouillard est contrôlé ou affecté par divers autres mécanismes physiques tels que le mouvement des fluides, les interactions entre les gouttelettes, leur évaporation, ainsi que des réactions chimiques qui peuvent également influencer de manière significative le rayonnement. Pour faciliter la compréhension de ces interactions et pour dimensionner efficacement de nouvelles expériences représentatives de configurations complexes, il est indispensable de développer des outils numériques intégrant les aspects multiphysiques de ces écoulements. Dans ce cadre, l’objectif de ce travail est d’intégrer dans fireFOAM (solveur multiphysique open-source), les éléments clés du rayonnement, de la théorie de Mie, de la mécanique des fluides réactifs en milieu diphasique. La validation est effectuée par le biais d’expériences numériques canoniques permettant d’évaluer les résultats du solveur développé en les confrontant aux résultats théoriques ainsi qu’à d’autres résultats numériques. Le solveur développé adopte une approche eulérienne pour résoudre la phase porteuse et une approche lagrangienne pour modéliser la phase dispersée. La Méthode des Ordonnées Discrètes (DOM) est utilisée pour résoudre l’équation du transfert radiatif dans le contexte des écoulements chargés de gouttelettes. Ce solveur fait appel à une fonction de phase tabulée, intégrant les caractéristiques des gouttelettes et des longueurs d’ondes incidentes, résultant d’un calcul préliminaire basé sur un solveur de Mie. Ces développements sont validés sur une configuration où une plaque plane chauffée est placée à l’intérieur d’un collimateur pour obtenir un rayonnement incident unidirectionnel. Ainsi, la diffusion induite par le nuage de gouttelettes peut être comparée aux résultats analytiques. L’objectif à terme est d’étudier l’influence de la composition chimique du brouillard et de ces interactions avec des particules réactives dispersées en son sein.

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