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Résumé

Pour améliorer l'efficacité des procédés thermiques de craquages et réduire les phénomènes de cokage liés à la température de paroi trop élevée, l'utilisation de tubes nervurés est une technique potentiellement car elle permet d'améliorer le mélange et d'augmenter les transferts de chaleur. Cependant, la perte de charge est significativement augmentée. En raison de la complexité de l'écoulement turbulent, du système chimique et du couplage turbulence-chimie, il est difficile d'estimer à priori la perte réelle en termes de sélectivité des tubes nervurés. Les expériences représentatives de laboratoire combinant turbulence, transferts de chaleur et chimie sont très rares et trop coûteuses à l'échelle industrielle. Dans ce travail, l'approche simulation aux grandes échelles résolue à la paroi (WRLES) est utilisée pour étudier l´écoulement non-réactif puis réactif dans des tubes à la fois lisses et nervurés, pour quantifier leur impact sur la turbulence et sur la chimie. Le code AVBP, qui résout les équations de Navier-Stokes compressibles pour les écoulements turbulents, est utilisé avec des schémas chimiques réduits du craquage de l'éthane puis du butane. L'écoulement à la paroi est analysé en détail et comparé pour les deux géométries, fournissant des informations utiles pour le développement ultérieur de modèles de parois pour ce type de rugosité. L'impact de la résolution du maillage et du schéma numérique est également discuté, pour trouver le meilleur compromis entre coût et précision de calcul pour une application industrielle. L'impact des structures d'écoulement turbulent ainsi que leurs effets sur le transfert thermique et le mélange sur les réactions chimiques sont étudiés à la fois pour les tubes lisses et les tubes nervurés. Perte de pression, transfert de chaleur et conversion chimique sont finalement comparés.

Jury

Kevin VANGEEM                              Gent University                                 Rapporteur

Franck NICOUD                                Montpellier 2 University                    Rapporteur

Laurent JOLY                                    ISAE                                                 Membre invité

André NICOLLE                                IFPEN                                              Membre invité

Pierre-Alexandre GLAUDE                University of Lorraine                      Membre invité

Philippe RICOUX                              TOTAL                                             Membre invité

David JOHN-BROWN                        TOTAL                                            Membre invité

Dominique VIENNET                        TOTAL                                             Membre invité

Bénédicte CUENOT                           Cerfacs                                           Directrice de thèse