Simulation numérique directe d'écoulements di- et tri-phasiques engendrés par l'injection de bulles dans un bain de métal liquide

Les écoulements multiphasiques interviennent dans certains procédés sidérurgiques comme le brassage du métal liquide par injection de bulles de gaz. Pour étudier les déformations et les changements de topologie des interfaces métal liquide/laitier/bulles nous réalisons des simulations directes en utilisant une méthode de suivi d'interfaces que nous étendons au cas triphasique. Nous simulons le comportement d'une bulle dans une poche de brassage depuis sa formation en sortie de bouchon poreux jusqu'à son éclatement à la surface du bain, puis étudions l'influence de la pression sur sa dynamique. Nous étudions aussi le percement de la surface par une bulle et l'influence du diamètre de la bulle sur la forme et le volume des projections. Nous déterminons analytiquement puis numériquement les conditions d'équilibre d'une goutte de liquide posée à la surface d'un autre liquide : au-delà d'un certain diamètre critique l'équilibre est impossible ; en dessous de ce diamètre, la goutte flotte sous la forme d'une lentille. En traversant une interface liquide/liquide, une bulle peut entraîner du liquide de la phase inférieure dans la phase supérieure. Nous montrons le rôle des propriétés physiques des deux liquides, notamment leur rapport de densité, sur la nature et l'importance de l'entraînement. Quand ce rapport de densité est grand (cas métal/laitier), le métal est entraîné quasiment exclusivement sous la forme d'un film très fin entourant la bulle. Quand ce rapport est plus faible (cas eau/huile), la bulle entraîne une colonne de liquide dans son sillage. Nous retrouvons dans nos simulations ces deux comportements distincts sans pouvoir simuler le film pour des raisons numériques. Nous réalisons une validation expérimentale de nos simulations triphasiques sur un modèle eau/huile de silicone. Globalement la simulation permet de reproduire correctement le mécanisme d'entraînement mais des différences avec l'expérience subsistent au niveau de la position de la ligne triple.TOULOUSE-ENSEEIHT (315552331) / SudocSudocFranceF