Thème 3 – Modélisation des phénomènes électriques dans les fluides en mouvement

Responsables de thème

Eric Moreau (eric.moreau@univ-poitiers.fr / +33 5 49 49 69 33)

Lucien Dascalescu (lucien.dascalescu@univ-poitiers.fr / +33 5 45 67 32 45)

L’objectif principal était le développement de nouveaux outils pour la modélisation numérique du transport de charges électriques dans les phénomènes d’électro-convection. Un deuxième objectif était de modéliser l’accumulation, la dissipation et le transfert de charges électriques sur des surfaces solides. L’enjeu était la simulation des écoulements biphasiques dans les processus électrostatiques qui intéressent plusieurs partenaires industriels (CITF, APR2, SNAM): Précipitation ElectroStatique (ESP) des particules fines dans les flux gazeux, séparation électrostatique des mélanges granulaires et formation de la double couche ”à l’interface solide-liquide.

Une plate-forme numérique pour la simulation du transport de charges électriques dans les phénomènes électrohydro-dynamiques (EHD) a été développée sur la base de la méthode des volumes finis. Un post-doc d’un an a été consacré à cette fin. L’implémentation de schémas numériques dédiés a été réalisée avec succès et il est désormais possible de résoudre des équations EHD dans un contexte de géométries 2D et 3D complexes (plan-plan, plan-pale, cylindres coaxiaux). Dans le cas d’une symétrie élevée entre les électrodes, les résultats [61,63,68,79] ont montré l’existence d’une bifurcation supercritique non linéaire dans le régime d’amplitude finie, alors que jusqu’à présent la littérature sur les phénomènes EHD ne mentionnait que l’existence de une bifurcation sous-critique. Pour les géométries d’électrodes asymétriques, la structure de l’écoulement et ses effets sur le transport des charges électriques dans la masse ont été étudiés. Particulièrement dans la configuration plan lame, différents types d’électrodes ont été considérés, avec différentes lois d’injection qui quantifient la création de charge électrique à leur surface.

Au cours d’une bourse postdoctorale d’un an, l’expérience acquise avec les applications de la méthode des volumes finis aux flux EHD (liquides diélectriques) a été utilisée pour modéliser les configurations ESP qui contiennent des électrodes pointues et des électrodes de collecte lisses. La modélisation numérique d’un tel ESP a nécessité la résolution des équations de Navier-Stokes couplées aux équations d’EHD, en tenant compte de la force de Coulomb ainsi que du calcul de la quantité de charge échangée lors des collisions de particules.
Afin de comprendre la physique spécifique de la «double couche électrique», il est nécessaire de déterminer la distribution de charge à l’interface solide-liquide spécifique. Cette partie du projet, menée avec le soutien d’une thèse de doctorat co-encadrée, a porté sur le développement d’une instrumentation alternative basée sur la charge d’espace solide « Thermal Step Method » de mesure, développée à l’Université de Montpellier.

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Activités de recherche

Chercheur invité 2014 (Juan Martin Cabaleiro)