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1 ITAP CEMAGREF - CEMAGREF

Abstract : Pesticide environment pollution remains a significant social and environmental concern. During application, some of the pesticide may contaminate the environment drift. The pollution reduction rests on the control of the drop size and velocity at the nozzle exit. The principal objective of this thesis is to develop an Eulerian approach in order to estimate the initial characteristics of the drops produced such as the size and the velocity at the nozzle exit. The Eulerian atomization model considers the two phase flow of a liquid and a gas as a turbulent single phase fluid flow with a variable mean density, varying between that of gas and that of spraying liquid. A transport equation for the mean liquid mass fraction allows to describe the dispersion of the liquid in the gas phase. Turbulence is modeled by Reynolds Stress Model RSM by solving the transport equations of each of the six components of the Reynolds tensor. In addition, a transport equation for the mean liquid-gas interface density is also considered. The mean liquid-gas interface density production which expresses the creation of the drops is function, on the one hand, of a large scale mean velocity gradient and, on the other hand, of small scale turbulence. The mean liquid-gas interface density destruction which expresses the coalescence of the drops takes into account the surface tension which is opposed to disintegration of liquid surface. The space evolution of the drop radius and velocity at the nozzle exit is described by coupling the equation of the mean liquid mass fraction and that of the mean liquid-gas interface density to those of the mass conservation, the momentum conservation and turbulence. The study is carried out by FLUENT V.12 using the User Defined Function UDF to adapt the code to our very particular injection conditions since the density ratio of liquid and gas is about 800. The results obtained by the model indicate the formation of a hollow conical spray made up of large droplets and the presence of a recirculation zone close to the spray axis made up of small droplets, in accordance with the experimentation. Comparison of the Sauter Mean Diameter SMD calculated by the model and measured in experiments by Phase Doppler Anemometry PDA shows good agreement.

Résumé : La pollution de l-environnement par les pesticides reste une préoccupation sociale et environnementale importante. Lors de l-application, une partie des pesticides peut contaminer l-environnement dérive. La diminution des pollutions repose sur la maîtrise de la taille et la vitesse des gouttes en sortie de buse. L-objectif principal de cette thèse est de développer une approche Eulérienne afin d-estimer les caractéristiques initiales des gouttes produites telles que la taille et la vitesse à la sortie de buse. Le modèle Eulérien d-atomisation considère l-écoulement diphasique d-un liquide et d-un gaz comme un écoulement turbulent d-un seul fluide avec une masse volumique variable, variant entre celle du gaz et celle du liquide pulvérisé. Une équation de transport pour la fraction massique liquide moyenne permet de décrire la dispersion du liquide dans la phase gazeuse. La turbulence est modélisée par une approche aux tensions de Reynolds RSM en résolvant les équations de transport de chacune des six composantes du tenseur de Reynolds. Par ailleurs, une équation de transport de l-interface volumique liquide-gaz est considérée. La production de l-interface volumique qui exprime la création des gouttes est fonction, d-une part, à grande échelle, du gradient de vitesse moyenne et, d-autre part, à petite échelle, de la turbulence. La destruction de l-interface volumique qui exprime la coalescence des gouttes, quant à elle, prend en compte la tension de surface qui s-oppose à la désintégration de la surface liquide. L-évolution spatiale des rayons et des vitesses des gouttes produites en sortie de buse est décrite en couplant l-équation de la fraction massique liquide moyenne et celle de l-interface volumique à celles de la conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de la turbulence. L-étude est faite avec le code de calculs FLUENT V.12 en utilisant les Fonctions Définies par l-Utilisateur UDF -User Defined Function- pour adapter le code à nos conditions d-injection très particulières puisque le rapport des masses volumiques liquide et gaz est de l-ordre de 800. Les résultats obtenus par le modèle indiquent la formation d-une nappe conique creuse constituée de grosses gouttelettes et la présence d-une zone de recirculation près de l-axe du spray constituée de gouttelettes plus petites, conformément aux expérimentations. La comparaison du Diamètre Moyen de Sauter calculé par le modèle et mesuré expérimentalement par l-Anémométrie Phase Doppler montre un bon accord.

Mots-clés : pesticide Eulerian modeling atomization liquid-gas interface drop size pressure-swirl nozzle FLUENT CFD code Modélisation Eulérienne atomisation turbulence interface liquide-gaz taille des gouttes fragmentation buse à swirl code CFD FLUENT pesticide.





Autor: Abdelhak Belhadef -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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