Pendant la phase de métallurgie secondaire, l'ajustement de composition de l'acier met en jeu diverses réactions chimiques entre l'acier liquide et le laitier telles que la désulfurisation de l'acier. Puisque le transfert de masse entre ces deux phases est l'étape limitante de la réaction chimique, nous souhaitons l'étudier plus en détail, dans le cas où la mise en mouvement des fluides présents dans la cuve résulte de l'injection d'argon dans la partie inférieure du réacteur.
Notre objectif est de décrire par des simulations numériques et par des mesures expérimentales ce réacteur multiphasique, en particulier pour prédire l'évolution du transfert de masse.
Des modèles statistiques permettant d'évaluer le transfert de masse entre un liquide et un gaz peuvent être trouvés dans la littérature. Ces modèles permettent de déterminer le transfert de masse à partir des propriétés et grandeurs hydrodynamiques caractérisant les fluides et l'écoulement.
Diverses expériences réalisées dans des maquettes hydrauliques ont permis de mettre en évidence des inflexions dans la courbe du transfert de masse entre les deux phases en fonction du débit de gaz injecté. La principale explication donnée à ces inflexions est la fragmentation de la couche de laitier en ligaments puis en gouttes dans l'acier liquide, augmentant ainsi la surface d'échange entre les deux phases.
Dans le but d'évaluer le transfert de masse, nous devons faire face aux difficultés suivantes :
- Il est quasiment impossible d'effectuer des mesures sur la configuration industrielle du fait des conditions expérimentales trop contraignantes ;
- La résolution numérique directe de ce transfert de masse n'est pas réalisable du fait de la trop faible épaisseur de la couche limite de diffusion pour la concentration de l'espèce chimique transportée ;
- Il n'existe pas de modèles analytiques permettant de prédire le transfert de masse dans cette configuration.
Dans cette étude nous avons utilisé une maquette hydraulique à température ambiante avec de l'eau, de l'huile et de l'air, pour caractériser l'hydrodynamique de l'écoulement et mesurer le transfert de masse. Nous avons aussi réalisé un modèle numérique avec le code Basilisk (http://basilisk.fr) sans utiliser de modèle de turbulence pour représenter l'écoulement. La comparaison des résultats expérimentaux et numériques nous permet de caractériser plus précisément les liens entre l'hydrodynamique de l'écoulement et l'évolution du transfert de masse. En outre, on peut aussi mesurer la validité des modèles statistiques évaluant le transfert de masse entre un liquide et un gaz dans notre cas.