Etude de l’heterogeneite des suspensions newtoniennes de «grosses spheres dures» en ecoulements isotherme et anisotherme au moyen des profils de vitesses dans une conduite horizontale

Abstract

Dans le présent papier nous exposons les résultats d’une étude expérimentale des suspensions newtoniennes de « grosses sphères dures » (diamètre moyen = 4,4 mm) à l’aide des profils de vitesses. Cette étude est ménée en vue de répondre aux préoccupations des industriels du secteur agro-alimentaire qui mettent sur le marché de produits nouveaux tels que les fluides chargés en sphères dures (suspensions). Ces  suspensions solide-liquide, au cours de leur transport, se comportent  comme un mélange non homogène. Cet aspect est mis en évidence sur le présent papier au moyen des profils de vitesses. Cette étude permet  d’analyser le caractère hétérogène des suspensions en écoulements  isotherme et anisotherme dans une conduite horizontale. Le phénomène de migration latérale des sphères dures vers l’axe de la conduite génère un fort gradient de concentrations en particules. La modification de la rhéologie donc de l’hydrodynamique du mélange explique la variation de la viscosité des suspensions. Ces modifications posent le problème de sédimentation des sphères dures lors de l’écoulement des suspensions. On observe une organisation générale « en anneau monophasique » des suspensions, au coeur de l’écoulement, siège d’une forte concentration en sphères dures avec absence de fluctuations. L’analyse du champ  dynamique montre que la transition entre le régime laminaire et turbulent est d’une précocité proportionnelle à la concentration en sphères dures.

Mots clés : Sphères, Solide-liquide, Profil, Vitesse et Sédimentation.

Study of the heterogeneity of Newtonian suspensions of «large sized hard spheres» in isothermal and non isothermal flow using the velocity profiles in a horizontal pipeline.

In this paper we present the results of an  experimental study of Newtonian suspensions of "large hard spheres" (mean diameter = 4.4 mm) using the velocity profiles. This study was conducted to answer the concerns of industrial food sector which place on the market of new products such as fluid-loaded hard spheres  (suspensions). These solid-liquid suspensions, during transport, behave as a non-homogeneous mixture. This is demonstrated on this paper, using the velocity profiles. This study analyzes the heterogeneity of suspensions in isothermal and non isothermal flow in a horizontal pipe. The  phenomenon of lateral migration of hard spheres to the axis of the pipe generates a high gradient of particle concentrations. The rheology- modifying therefore the hydrodynamics of mixing explains the change in the viscosity of suspensions. These changes raise the problem of  sedimentation of hard spheres in the flow of suspensions. There is a  general organization "ring monophasic" suspensions, in the heart of the flow, seat of a high concentration of hard spheres with no fluctuations. The analysis of the dynamic field shows that the transition between laminar and turbulent regime is precocity proportional to the concentration of hard spheres.

Keys words: Spheres, Solid-liquid, Profile, Velocity and Sedimentation.