Modélisation numérique du transport de particules fines dans un milieu gazeux en considérant l’effet thermique
Les effets sanitaires liés à la pollution atmosphérique et les enjeux de santé publique qui lui sont associés nécessitent des études scientifiques sur les écoulements des particules issues des applications de la vie quotidienne. Le but de la présente étude est de développer des modèles numériques génériques capables de représenter les écoulements complexes de fluides chargés en particules fines de différentes natures (concentration, taille, composition) comme des particules issues de la combustion dans une chaudière à biomasse (écoulement fluide-particules dans la cheminée) et des particules issues du freinage des trains (diffusion dans l’environnement proche : gare/station de métro).
Pour cela, nous avons opté pour le développement d’un solveur OpenFOAM prenant en considération la collision des particules et l’effet thermique. La prise en compte de la collision est nécessaire car le milieu dans l’étude est dense avec une fraction volumique supérieur à 0,001. Quand à l’effet thermique, la variation importante de la température dans la cheminée de la chaudière influe sur le déplacement des particules. Pour valider ce solveur, nous avons comparé nos résultats numériques avec deux articles de références portant sur la même étude mais utilisant pour l’un une approche numérique et pour l’autre une approche expérimentale.
L’étude représente un écoulement laminaire d’eau chargée en particules nanométriques de TiO 2 dans un tube cylindrique droit en utilisant un couplage Euler-Lagrange. Le transfert thermique convectif et les effets des concentrations des particules ont été pris en considération par rapport à la phase continue du fluide et à la variation de la conductivité thermique. Nos résultats numériques sont comparés avec les données numériques et expérimentales des deux articles de référence. Une bonne concordance est obtenue sur les champs de vitesse, de température ainsi que sur le coefficient de convection thermique.
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