Influence de la profondeur et des gaz de saturation sur l’activité sonochimique des bulles de cavitation acoustiques : Approche numérique
No Thumbnail Available
Date
2020
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Le but de ce travail de thèse était l’étude numérique des effets de la profondeur et la
nature des gaz de saturation sur l’activité sonochimique d’une bulle de cavitation acoustique.
Le modèle adopté combine la dynamique d’oscillation d’une bulle de cavitation acoustique
avec un modèle de cinétique chimique consistant en une série de réactions chimiques ayant
lieu à l’intérieur de la bulle. Les simulations numériques ont été effectuées en fonction de la
profondeur pour plusieurs paramètres opératoires comme la fréquence ultrasonore, l’intensité
acoustique et la température du liquide. La contribution nette du phénomène d’atténuation
dans l’effet globale de la profondeur a été déterminée pour toutes les conditions de
simulation.
Initialement, il a été trouvé que l’augmentation de la profondeur dans l’intervalle de 0
à 10 m réduit considérablement l’intensité acoustique, particulièrement pour des fréquences
élevées et températures basses. Des pertes notables dans la température et la pression
maximales à l’implosion ont été enregistrées pour des profondeurs élevées. De même, la
production des radicaux hydroxyles et d’hydrogène suivent la même tandence. Cependant, les
réductions mentionnées ci-dessus ont été grandement influencées par les conditions
opératoires. La contribution du phénomène d’atténuation dans l’effet réducteur global de la
profondeur envers l’intensité de l’implosion augment avec l’augmentation de la fréquence et
de la température du liquide et la diminue avec l’augmentation de l’intensité acoustique.
Similairement, la salinité du milieu liquide attenue encore plus l’intensité acoustique,
ce qui engendre de pertes encore plus importants de l’activité sonochimique des bulles
acoustiques, particulièrement pour des profondeurs élevées. Toutefois, la salinité de l’eau de
mer peut améliorer le rendement chimique de la bulle à faibles profondeurs (z < 0,5 m),
particulièrement lorsque la fréquence et la température du liquide sont élevées ou l’intensité
acoustique est faible. Pour les autres conditions, l’impact de la salinité sur l’efficacité
chimique de la bulle est négatif.
Selon la proportion des gaz dans le mélange N2O/argon et les conditions
expérimentales imposées (température, fréquence et intensité acoustique), le N2O peut
améliorer, réduire ou non affecter l’activité sonochimique de la bulle, par rapport
l’atmosphère d’argon pur. En confrontant ces résultats de simulation avec les observations
expérimentales de la littérature, il a été conclu que le N2O ne peut améliorer l’activité
sonochimiques en solutions que lorsqu’il se trouve à faibles concentrations dans l’argon. Dans
ce cas, le N2O agissant comme accélérateur de la production des bulles actives dans le liquide
en raison de la forte solubilité de ce gaz par rapport à celle de l’argon. En revanche, à forte
concentration, le N2O détruit le phénomène de cavitation acoustique en favorisant la
coalescence des bulles qui inhibe la formation de la cavitation inertielle.