La présence de fines particules de matières oxydables est rencontrée dans de nombreuses situations industrielles. Le risque d'explosion de poussières présente une menace constante pour les industries de transformation qui fabriquent, utilisent ou manipulent des poudres ou des poussières de matières combustibles. Dans le secteur nucléaire, les scénarios envisagés traitent, en particulier, le risque d'explosion de poussières de graphite liées aux opérations de démantèlement des réacteurs Uranium Naturel Graphite Gaz. La problématique considérée, dans le cadre de ce travail de thèse, est celle de la combustion d'un mélange dilué gaz-particules. L'objectif de cette thèse est de développer un modèle Euler-Lagrange macroscopique permettant de prédire la vitesse laminaire de flamme qui est une des données essentielles pour les modèles de vitesse de flamme turbulente utilisés dans l'évaluation des risques d'explosion de poussières. Dans un premier temps, les équations macroscopiques de transferts massique et thermique sont dérivées à partir de la méthode de prise de moyenne volumique. L'intérêt de l'approche utilisée ici est de proposer des problèmes de fermeture permettant d'estimer les coefficients de transferts effectifs, tels que les coefficients d'échanges thermiques et le coefficient effectif de la réaction hétérogène. Dans un deuxième temps, des simulations Euler-Lagrange sont utilisées pour déterminer la vitesse de flamme laminaire diphasique plane en fonction des caractéristiques du mélange gazeux et des poussières de graphite. Le modèle proposé dans ce travail est comparé au modèle Euler-Lagrange classique basé sur la résolution du problème de couche limite pour une particule isolée en milieu infini. Cette étude montre que les effets du taux de dilution et des échanges indirects entre les particules ne sont pas systématiquement négligeables dans les échanges macroscopiques entre les deux phases. D'autre part, la présente étude laisse entrevoir la potentialité de l'approche proposée pour les simulations détaillées de l'écoulement diphasique.
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The presence of fine particles of oxidizable materials is encountered in many industrial situations. The risk of dust explosion presents a constant threat in transformation industries that manufacture, use or manipulate powders or combustible materials dusts. In nuclear safety analysis, one of the main scenarios is the risk of graphite dust explosion that may occur during decommissioning operations of Uranium Natural Graphite Gas reactors. The issue considered in this thesis is related to combustion of a dilute gas-particle mixture. This work aims at developing a macroscopic Euler-Lagrange model for predicting laminar flame velocity, which is one of the essential data for turbulent flame velocity models used to evaluate the risk of dust explosion. First, the macroscopic heat and mass transfer equations are derived using the volume averaging method. The major interest of the proposed approach is to provide closure problems that allow to estimate the effective transport coefficients, such as heat exchange coefficients and the effective coefficient of the heterogeneous reaction. Second, Euler-Lagrange simulations are used to determine the plane two-phase laminar flame velocity as a function of gas mixture and graphite dust characteristics. The proposed model is compared to the classical Euler-Lagrange model based on the resolution of the boundary layer problem in the vicinity of an isolated particle in infinite medium. Results show that the dilution rate and the indirect particle-particle exchanges are not systematically negligible in the macroscopic exchanges between the two-phases. On the other hand, this study suggests the potentiality of the proposed approach for detailed simulations of two-phase flow.
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