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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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This article provides a review on the flow of free-flowing coarse particles inside silos. The correlations for discharge flow rate and the main influencing parameters are first discussed. Then, the focus is put on the Residence Time Distribution (RTD) inside silos, as well as the segregation mechanisms and influencing parameters. Accidentology and main risks associated with silos are finally presented.
Auteur(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
KEYWORDS
residence time distribution | discharge flow rate | granular solids segregation | Accidents in silo
DOI (Digital Object Identifier)
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Accidentologie et risques associés aux silos
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4. Ségrégation
La ségrégation est l’un des principaux problèmes associés aux populations hétérogènes de particules ayant des tailles, des formes, des densités ou des propriétés de surface différentes. La ségrégation peut avoir lieu pendant le remplissage et le déchargement des silos. Par exemple, lorsqu'un mélange de particules est déversé dans un silo, les particules les plus grosses (ou les plus denses) ayant la plus grande inertie ont tendance à débouler sur la pente du talus formé. Inversement, les particules fines sont plus facilement arrêtées par le tas et sont situées au centre du silo. Cette ségrégation spontanée conduit à une répartition, sous forme de strates, des deux populations de particules fines et grosses appelées arbres de Noël .
De nombreux travaux de recherche ont été menés sur la ségrégation lors du remplissage et de la vidange des silos. Les premières tentatives pour décrire le phénomène étaient purement qualitatives et impliquaient une ségrégation hétérogène en tas et en lits vibrants. L'un des premiers (sinon le premier) articles publiés sur ce sujet est dû à Brown , qui a discuté des types de ségrégation rencontrés lors de la manipulation du charbon, en particulier lorsqu'il est soumis à des vibrations ou est versé en tas. Brown distingua deux types de ségrégation de taille : la ségrégation de bas en haut due aux vibrations et la stratification. Donald et Roseman ...
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Ségrégation
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).
EDEM® : logiciel commercialisé par DEM Solutions Ltd., pour la simulation des milieux granulaires par la Méthode des Éléments Discrets (DEM).
https://www.edemsimulation.com
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