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Auteur(s)
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Jean-Michel FITREMANN : Agrégé de Sciences Physiques - Docteur ès Sciences - Directeur de la Division Écoulements Diphasiques Industriels, Société Hydroscience
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Le présent article donne les définitions et les théorèmes de base nécessaires au traitement des différents problèmes d’écoulements diphasiques. Le formalisme utilisé nécessite, pour sa compréhension, les notions exposées dans l’article Mécanique des fluides de ce traité.
Le lecteur trouvera des applications aux cas d’un mélange gaz-liquide et d’un mélange fluide-solide (suspension) dans les articles qui suivent.
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1. Principes de base
1.1 Écoulements polyphasiques et systèmes industriels
Dans de nombreuses situations industrielles, on est amené à véhiculer des mélanges de plusieurs fluides ou de fluides et de solides, dans des proportions extrêmement variées, ou encore un constituant présent sous deux phases plus ou moins en équilibre thermodynamique.
Des exemples courants sont :
-
les écoulements eau-vapeur (ébullition, condensation) en production d’énergie et propulsion ;
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les mélanges d’hydrocarbures (extraction et transport du pétrole et du gaz naturel) ;
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les fluides cryogéniques (fréon, hydrogène, hélium) ;
-
les mélanges solides-gaz (transport pneumatique) et liquide-solide (transport hydraulique).
1.2 Écoulements diphasiques et suspensions
La complexité de ces systèmes est en général telle qu’il est impossible de les décrire dans le détail à l’aide des concepts de la mécanique des fluides habituelle (monophasique). Un formalisme approprié, décrit dans le présent article, permet alors une description globalisée, mais utilisant des grandeurs physiques accessibles.
Même en se limitant au cas d’un mélange de deux phases, les phénomènes sont très complexes. Les écoulements d’un mélange gaz-liquide et ceux d’un mélange fluide-solide (suspension) sont décrits dans les articles spécialisés du présent traité.
Divers noms ont été donnés à des mélanges particuliers, par exemple :
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émulsion : mélange liquide-liquide finement divisé ; ce terme est parfois appliqué à un mélange gaz-liquide sous forme de très petites bulles très nombreuses ;
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mousse : mélange gaz-liquide à très fort taux de gaz ; interfaces à géométrie polyédrique ;
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brouillard, aérosol : suspension dans un gaz de très fines gouttelettes de liquide ; l’appellation dépend de la taille des particules ;
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lit fluidisé : suspension de corps pulvérulents par un faible courant de gaz.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FITREMANN (J.M.) - Écoulements diphasiques industriels. - Cours de DEA ENSM (1980).
-
(2) - HINZE (J.O.) - Turbulence. - Mac Graw Hill (1959).
-
(3) - ISHII (M.) - Thermo-fluid dynamics of two phase flow. - Eyrolles (1975).
-
(4) - DELHAYE (J.M.) - * - Dans Two phase flow and heat transfer. S. Kakaç et F. Mayinger éditeurs, Hemisphere (1977).
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