Ecoulement granulaire à haute vitesse sous l'action de la force centrifuge. Application en agroenvironnement à la problématique de l'épandage - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Granular flows under centrifugal force in the high velocity range. Application to the spreading on agri-environmental issues

Ecoulement granulaire à haute vitesse sous l'action de la force centrifuge. Application en agroenvironnement à la problématique de l'épandage

Résumé

This PhD Thesis focuses on the physical mechanisms in play during the interaction of a granular material with a rotating boundary. This configuration is inspired by the process of centrifugal spreading of fertilizer particles in agro-engineering. In the first part of this thesis, a dilute flow of particles has been considered. We study experimentally and theoretically the features of the trajectories involving friction, rolling and collisions for three kinds of particles of well characterized shape and a modelling of these trajectories is proposed by introducing a rolling friction coefficient calibrated by experiments. In the second part of this PHD thesis, we study using the discrete element method, the case of a dense granular flow of particles along a rotating boundary. The flow consists firstly of an impact followed by an elongation under the added action of the inertial forces (Centrifugal, Coriolis) and at last an independent motion of the particles. We show that the flow of particles is subjected to a complex strain rate involving traction, compression and to a less extent shear. We show that we can define at the continuum scale an effective friction coefficient of the granular flow along the boundary as a function of the degrees of freedom of the particles in the flow as well as their mechanical properties. We finish by addressing some open questions on tribology and contact mechanics in order to achieve a quantitative characterization of these flows for the different kinds of granules.
Cette thèse porte sur l'étude des mécanismes physiques mis en jeu lors de l'interaction d'un milieu granulaire avec une paroi en rotation. Cette situation s'inspire du procédé d'épandage centrifuge de particules d'engrais en agroenvironnement dont la maîtrise est encore mal assurée dans la pratique. Dans la première partie de cette thèse, un flux dilué de particules a été considéré. On étudie expérimentalement et théoriquemement la nature des trajectoires impliquant frottement, roulement, choc, pour trois types de particules de formes bien caractérisées et une modélisation de ces trajectoires est proposée en introduisant un frottement de roulement à partir des expériences. Dans la seconde partie de cette thèse, on étudie par la méthode des éléments discrets, le cas d'un écoulement dense le long de la paroi en rotation. L'écoulement consiste en une première phase de choc suivie d'une élongation sous l'action combinée des forces d'inertie (centrifuge, Coriolis) et enfin d'un mouvement de particules indépendantes. On montre que le flux de particules est soumis à une sollicitation complexe qui associe des taux de déformation essentiellement de type traction, compression et dans une moindre mesure de cisaillement. On détermine par la modélisation un coefficient de frottement effectif de l'écoulement granulaire le long de la paroi en fonction du degré de liberté de rotation des particules de l'écoulement ainsi que de leurs propriétés mécaniques. On termine en précisant les questions qui restent en suspens concernant la tribologie de contact entre particules en vue d'une caractérisation quantitative de ces écoulements pour différents types de granulés.
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Dates et versions

tel-00724951 , version 1 (23-08-2012)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00724951 , version 1

Citer

Aurélie Le Quiniou. Ecoulement granulaire à haute vitesse sous l'action de la force centrifuge. Application en agroenvironnement à la problématique de l'épandage. Biomécanique [physics.med-ph]. Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2009. Français. ⟨NNT : 2009CLF21977⟩. ⟨tel-00724951⟩
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