Experimental study and hydro-thermodynamic modelling of polyphasic cavitation reactors for the synthesis of nanoparticles
Etude expérimentale et modélisation hydro-thermodynamique de réacteurs poly-phasiques à cavitation pour la synthèse des nanoparticules
Résumé
The objective of this work was to study the cavitation phenomenon within T-mixing type reactors used for the synthesis of nanomaterials. The study includes experimental and numerical investigations, in order to understand the hydrodynamic behaviour of the polyphasic flow, here in pure water. We have developed a new, reliable experimental device for in situ measurements of the size and concentration of vapour bubble suspensions in turbulent flow by SLS / DLS (static and dynamic light scattering). The measurement protocol was established using calibrated latex beads, then an extension to the bubbles was proposed. Correlations have been established between i) the particles' size and the ACF (autocorrelation function), and ii) the scattering centres' concentration and the scattered light intensity. Finally, using the developed methodology, we studied the cavitation in the T-mixer at different Reynolds number, with the influence of the mixing chamber geometry (with or without a dome) and the length of the output leg. The results were analysed and interpreted using CFD ANSYS Fluent. Promising conditions for the T-mixing operability have been identified
L'objectif de ce travail était d'étudier la cavitation au sein de réacteurs de type T de mélange utilisés pour la synthèse de nanomatériaux. L'étude comporte un volet expérimental et numérique, visant à comprendre le comportement hydrodynamique de l'écoulement polyphasique du solvant, ici de l'eau pure. Pour cela, nous avons développé un dispositif expérimental fiable permettant de réaliser des mesures in situ de taille et de concentration sur des suspensions de particules ou bulles de vapeur dans un fluide en écoulement turbulent par SLS / DLS (diffusion statique et dynamique de la lumière). Un protocole de mesure a ensuite été mis au point à l'aide de billes de latex calibrées, finalement étendu aux bulles de vapeur. Des corrélations ont été établies d'une part entre le diamètre des particules et les courbes ACF (fonction d'autocorrélation), et d'autre part entre la concentration en centres diffusants et l'intensité diffusée. Enfin, à l'aide de l'appareillage et de la méthodologie développée, nous avons étudié la cavitation dans le T de mélange en faisant varier le nombre de Reynolds, la géométrie de la chambre de mélange (avec ou sans dôme) et la longueur de la jambe de sortie. Les résultats ont été analysés et interprétés notamment à l'aide de CFD ANSYS Fluent. Des conditions prometteuses pour un fonctionnement optimisé du T de mélange ont été identifiées
Domaines
Physique Générale [physics.gen-ph]| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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