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RÉSUMÉ
Cet article propose un état de l’art concernant l’écoulement des poudres de granulométrie élevée (solides granulaires) dans les silos. Les corrélations permettant d’évaluer le débit massique de vidange et les principaux paramètres influents sont d’abord récapitulés. L’accent est ensuite mis sur l’importance de la Distribution de Temps de Séjour (DTS) et sur la problématique de ségrégation. Enfin, l’accidentologie et les risques associés aux silos sont présentés.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Khashayar SALEH : Professeur des Universités - Université de Technologie de Compiègne – Département Génie des Procédés Industriels – Labo. TIMR EA4297, France
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Mikel LETURIA : Maître de Conférences - Université de Technologie de Compiègne – Département Génie des Procédés Industriels – Labo. TIMR EA4297, France
INTRODUCTION
Cet article propose un état de l’art concernant l’écoulement gravitaire des solides granulaires dans les silos. Il est à noter que le terme « solides granulaires » désigne ici des matériaux de granulométrie élevée, pour lesquels les forces gravitationnelles (poids) sont prédominantes devant les forces : forces de van der Waals, forces électrostatiques, etc. (descriptions détaillées dans l’article [J 4 101]). De manière générale, les graines de céréales, granulés (polymères, catalyseurs, détergents, fertilisants, etc.), comprimés pharmaceutiques, graviers, etc., entrent dans cette catégorie.
Dans l’article [J 2 258], les principes et définitions de base, ainsi que les mécanismes élémentaires mis en jeu ont d’abord été introduits. Les régimes d’écoulement, les champs de contraintes (statique et dynamique), ainsi que les profils de vitesse ont ensuite été détaillés. Pour tous ces aspects, les modèles disponibles et leur fiabilité ont été discutés, ainsi que les principes de bases et hypothèses sur lesquels ils reposent.
Le présent article se focalise sur les aspects pratiques et l’ingénierie des silos. Quelques concepts de base et modèles importants (détaillés dans l’article [J 2 258]) sont dans un premier temps présentés. Le débit massique de vidange est sans aucun doute l’un des paramètres les plus recherchés. Ainsi, les corrélations permettant d’évaluer ce débit massique et les principaux paramètres influents sont détaillés. L’importance de la distribution de temps de séjour (DTS) des solides granulaires dans les silos et la problématique de ségrégation sont ensuite discutées. Enfin, l’accidentologie et les risques associés aux silos sont présentés.
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MOTS-CLÉS
Distribution des temps de séjour Débit massique de vidange Ségrégation des solides granualaires Accidents dans les silos
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Débit massique de vidange
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1. Rappels concernant les régimes d’écoulement et les profils de vitesse
Ce premier paragraphe constitue un rappel des concepts de base et modèles importants (détaillés dans l’article [J 2 258]) qui sont particulièrement mis en application dans la suite du présent article (calcul du débit massique de vidange, distribution de temps de séjour (DTS) et problématique de ségrégation).
1.1 Écoulement en masse et écoulement en cheminée
De manière générale, il est possible de distinguer deux principaux modes d’écoulement au sein des silos :
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un écoulement en masse, où l’ensemble de la matière ensilée se déplace uniformément vers le bas, en tout point du silo, à chaque fois que du produit est soutiré ;
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un écoulement en cheminée, où une partie seulement de la poudre, contenue dans une cheminée centrale, se déplace vers la sortie. Cette cheminée est entourée de zones mortes périphériques où les particules sont immobiles.
1.2 Modèle d’écoulement radial et arche de chute libre
Dans le cas de silos symétriques, le régime d’écoulement d’un solide granulaire peut être raisonnablement décrit par le « modèle d’écoulement radial » ...
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Rappels concernant les régimes d’écoulement et les profils de vitesse
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JENIKE (A.W.) - Gravity flow of bulk solids, in : U.U. Engng. - Exp. Station (Ed.) Salt Lake City (1961).
-
(2) - BROWN (R.L.) - Minimum energy theorem for flow of dry granules through apertures. - Nature (1961).
-
(3) - RUBIO-LARGO (S.M.), JANDA (A.), MAZA (D.), ZURIGUEL (I.), HIDALGO (R.C.) - Disentangling the Free-Fall Arch Paradox in Silo Discharge. - Phys. Rev. Lett., 114 (2015).
-
(4) - JANDA (A.), ZURIGUEL (I.), MAZA (D.) - Flow rate of particles through apertures obtained from self-similar density and velocity profiles. - Phys Rev Lett, 108 248001 (2012).
-
(5) - BROWN (R.L.), RICHARDS (J.C.) - Principles of powder mechanics-Essays on the packing and flow of powders and bulk solids. - Pergamon Press, Hungary (1970).
-
(6) - CLEAVER (J.A.S.), NEDDERMAN (R.M.) - Measurement...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Caractérisation et analyse des poudres. Propriétés physiques des solides divisés.
-
Caractérisation et analyse des poudres. Propriétés comportementales des solides divisés.
-
Mise en œuvre des poudres : Stockage et écoulement des silos.
-
Fluidisation gaz-solide. Particules fines et nanoparticules.
-
Stockage et écoulement des solides granulaires dans les silos. Concepts de base et théorie.
Silo Stress tool : logiciel gratuit permettant de calculer les profils de contraintes verticale et horizontale.
http://www.dietmar-schulze.com
LIGGGHTS® : logiciel open source pour la simulation des milieux granulaires par la Méthode des Éléments Discrets (DEM).
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https://www.edemsimulation.com
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