Modélisation par mécanique des fluides numérique
Oxydation hydrothermale de déchets organiques liquides

Les réacteurs d’oxydation hydrothermale qu’ils soient continus ou batch sont le siège de phénomènes physico-chimiques fortement couplés (échanges thermiques, régimes d’écoulement allant du laminaire au turbulent, réactions chimiques très exothermiques, précipitation minérale…). Avec l’amélioration des moyens de calculs, l’approche par CFD (Computational Fluid Dynamics : mécanique des fluides numérique) a pris un essor reconnu dans la communauté des fluides supercritiques, pour préparer les outils de dimensionnement et de conception permettant de passer du laboratoire à l’échelle industrielle.

Une connaissance précise des données thermophysiques (densité, enthalpie, capacité calorifique) et de transport (viscosité, conductivité thermique) est requise pour les mélanges eau/air/déchet organique/CO₂. De surcroît, ces données de base sont, avant tout, établies sur des corps purs ou au mieux sur des mélanges binaires ; leur détermination est complexe sur des équipements sous pression, aussi est-il recherché des modèles prédictifs permettant de restituer le comportement des mélanges dans les conditions de service. Du fait des fortes variations de ces propriétés au voisinage du point critique, le calcul de ces propriétés est une tâche difficile. Les équations d’état cubiques conventionnelles (Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong) ne sont pas suffisamment précises dans ces conditions, bien que des équations avec une correction dite de translation de volume permettent une représentation acceptable sur des zones restreintes de température. Les données thermophysiques peuvent être prédites avec des erreurs moyennes de l’ordre de 7 %. De plus, la présence de sels dans le milieu aqueux peut perturber les équilibres et nécessiter l’utilisation d’équations d’état (Anderko-Pitzer) permettant la modélisation en haute température de systèmes électrolytiques.

Pour les équations des bilans de quantité de mouvement des modèles de CFD, des données précises pour la viscosité et la conductivité thermique sont nécessaires. Le calcul de la viscosité en fonction de la température réduite et de la densité peut être effectué avec le modèle IAPWS de Huber ou la méthode TRAPP jusqu’à (900 °C/1 000 MPa) avec une incertitude de 3 % ...