Activité sonochimique et taille des bulles acoustiques en solutions aqueuses : Étude théorique basée sur des modèles de la cavitation acoustique
No Thumbnail Available
Date
2014
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Ce travail de thèse porte sur l’étude de l’activité sonochimique et la taille des bulles
acoustiques en solution aqueuse en utilisant un modèle théorique qui combine l’équation de
Keller-Miksis pour la dynamique d’oscillation d’une bulle de cavitation acoustique avec un
modèle de cinétique chimique consistant en une série de réactions chimiques se déroulant
dans la bulle au moment de son implosion violente sous l’action d’une onde ultrasonore. L’influence des paramètres opératoires sur l’activité chimique des bulles et sur leur taille a
également été étudiée.
Les résultats obtenus montrent que la quantité des oxydants augmente avec
l’augmentation de l’amplitude acoustique dans l’intervalle 1,5–3 atm. Il existe une pression
statique optimale pour une production maximale des oxydants dans la bulle. La valeur
optimale de la pression statique est déplacée vers des valeurs élevées lorsque l’amplitude
acoustique augmente. Similairement, il existe une température optimale pour la production
des oxydants dans la bulle. La valeur de la température optimale est déplacée vers les basses
températures lorsque l’amplitude acoustique augmente.
L’effet de la fréquence et de l’amplitude acoustique sur la taille de la population
active a été examiné. Des simulations numériques des réactions chimiques se déroulant dans
la bulle ont été effectuées pour plusieurs rayons ambiants de la bulle à différentes fréquences
et amplitudes acoustiques. Les résultats numériques ont montré qu’il existe un rayon
optimal pour une production maximale des oxydants dans la bulle. La gamme de rayons
ambiants pour la population active diminue avec l’augmentation de la fréquence et
augmente lorsque l’amplitude acoustique augmente. Le rayon optimal diminue avec
l’augmentation de la fréquence et augmente lorsque l’amplitude acoustique augmente
(tendance générale).
Les résultats des simulations effectuées pour une large gamme de conditions
opératoires ont montré qu’il existe une température optimale d’environ 5200±200 K et une
pression optimale d’environ 2500±200 atm pour la production des •OH dans la bulle. Ces
valeurs optimales estimées de température et de pression sont en bon accord avec celles
déterminées expérimentalement.
L’énergie de la bulle augmente linéairement avec l’augmentation de l’amplitude
acoustique dans l’intervalle 1,5–3 atm et diminue lorsque la fréquence augmente dans
l’intervalle 200–1000 kHz. Il existe une pression statique optimale à laquelle la puissance est
maximale. La valeur optimale de la pression statique est déplacée vers des pressions élevées
lorsque l’amplitude acoustique augmente. La puissance de la bulle est légèrement affectée
par l’augmentation de la température dans l’intervalle 10–60 °C