Abstract :
[en] In this work, we study the conditions needed to reach homogeneous distribution of aluminium salts particles in water inside a torispherical bottom shaped stirred tank of 70 L equipped with a Pfaudler RCI type impeller and three equispaced vertical baffles. The aim of the present study is to develop a CFD model describing the quality of particle distribution in industrial scale tanks.
This model, validated with experimental data, is used afterwards to develop scale-up and scale-down correlations to predict the minimum impeller speed needed to reach homogeneous solid distribution Nhs.The commercial CFD software Fluent 14 is used to model the fluid flow and the solid particle distribution in the tank. Sliding Mesh approach is used to take the impeller motion into account. Assuming that the discrete solid phase has no influence on the continuous liquid phase behaviour, the fluid flow dynamics is simulated independently using the well-known k-ε turbulence model. The liquid-solid mixture behaviour is then described by implementing the Eulerian Mixture model. Computed liquid velocity fields are validated by comparison with PIV measurements. ComputedNhs were found to be in good agreement with experimental measurements. Results fromdifferent scales allowed correlating Nhs values to the volumetric power consumption.
[fr] Dans ce travail, nous étudions les conditions de mise en suspension homogène de particules de sels d’aluminium dans l’eau, dans une cuve cylindrique à fond GRC, équipée d’un mobile de type Pfaudler RCI et de trois contre-pales équidistantes. Le but de la présente étude est de développer un modèle CFD permettant de caractériser la qualité de la dispersion de solides à l’échelle industrielle. Une fois validé sur base de données expérimentales, le modèle est ensuite utilisé pour établir une corrélation de scale-up et scale-down permettant de prédire la vitesse de mise en suspension homogène, Nhs, dans des cuves de différentes tailles. Le logiciel CFD Fluent 14 est utilisé pour créer le modèle de mise en suspension du solide dans la cuve agitée. La géométrie 3D d’une cuve de 70L ainsi que son maillage sont respectivement réalisés à l’aide des logiciels d’Ansys 14 DesignModeler et Meshing. Un maillage glissant est utilisé afin de reproduire la rotation du mobile. La simulation est réalisée en deux étapes, le champ de vitesse du liquide dans la cuve est tout d’abord simulé en utilisant un modèle de turbulence k-ε standard. La distribution du solide dans la cuve est ensuite simulée par l’implémentation d’un modèle Eulerian-Mixture. Les champs de vitesse simulés sont validés expérimentalement sur base de mesures des champs de vitesse mesurés par PIV (Particule Image Velocimetry). La vitesse Nhs calculée par simulation est comparée avec succès à la vitesse déterminée expérimentalement sur base de mesures néphélométriques réalisées près de la surface libre du liquide. Enfin, des mesures réalisées sur des cuves géométriquement semblables mais de tailles différentes ont permis de corréler Nhs à la puissance volumique dissipée.
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