Optimisation de la chute de transition

OPTIMISATION DE LA CHUTE DE TRANSITION

MÉTHODE DE DÉTERMINATION

Les développeurs du logiciel EDEM recommandent de procéder par expérimentation pour ajuster les propriétés matériaux. L’idée étant de conduire des expériences simples d’écoulement en laboratoire et de retrouver ces résultats en modifiant petit à petit les propriétés sur EDEM. Une fois que nos résultats concordent, on suppose que les paramètres entrés sur le logiciel sont bons.
La simulation sur EDEM du système complet à l’échelle 1, comprenant le remplissage de la balance et sa décharge dans la chute de transition (en moyenne 20kg de produit soit plus de 80 000 particules) prend environ trois heures. Pour faciliter la recherche des propriétés des matériaux, nous avons choisi de travailler sur un modèle réduit afin de réduire le temps des simulations.
On choisit alors de construire un modèle réduit de chute de transition où l’on ferait s’écouler une petite quantité de grain (entre 1 et 2kg). L’écoulement en laboratoire est filmé avec une caméra et les propriétés du matériau sont ajustées petit à petit sur le logiciel pour retrouver le temps de chute. De ce fait, les simulations sont courtes et l’on peut rapidement procéder à l’ajustement des propriétés d’un matériau par cette méthode.
Pour éviter de chercher à tâtons et dans le but de mesurer l’influence des coefficients matériau sur le temps de chute final, nous avons conduit un plan factoriel partiel de simulation permettant d’évaluer l’importance de chacun des neuf paramètres. Comme notre objectif initial est d’obtenir une bonne modélisation du comportement de la balance, il n’est donc pas intéressant pour nous d’obtenir avec précision tous les coefficients, mais seulement ceux qui ont un effet significatif. Pour cette raison, on va commencer par faire une planification (Texpérience et une analyse de la variance, méthode permettant de mesurer l’influence de plusieurs paramètres sur un résultat.

Banc d’essai

Un modèle réduit de système d’ensachage a donc été construit afin de pouvoir faire des manipulations qui soient rapides à réaliser aussi bien sur le banc d’essai qu’en simulation EDEM. La simulation est très rapide sur le logiciel et prend environ cinq minutes, car c’est un petit banc permettant d’accueillir 1 à 2kg de produit. Le banc est fait en bois par souci d’économie et des plaques en acier inoxydable sont ajoutées à l’intérieur pour respecter les coefficients de frottement de l’interaction entre le matériau pesé et le matériau de la chute standard.
Pour le système d’ouverture du banc, il est constitué d’un vérin pneumatique qui va tout simplement, à l’aide d’un compresseur, pousser et tirer une plaque en bois qui servira de porte à l’extrémité inférieure du cylindre. Le choix du vérin est très important, car c’est le moyen qui paraissait le plus simple et qui permettait d’avoir une ouverture et fermeture de la trappe reproductible d’une expérience à une autre et facile à modéliser sur EDEM, le temps d’ouverture de la porte ayant un impact sur le temps de chute final.

Principe des plans d’expérience

L’analyse de la variance est souvent abrégée par son terme anglais ANOVA : ANalysis Of VAriance. C’est un test statistique permettant de vérifier que plusieurs échantillons sont issus d’une même population. Ce test s’applique lorsque l’on mesure une ou plusieurs variables explicatives catégorielles qui influencent la distribution d’une variable continue à expliquer (Scherrer 1984). Les variables explicatives sont appelées plus communément facteurs, elles prennent plusieurs valeurs fixes que l’on appelle niveaux.On peut réaliser des ANOVA sur une variable continue, mais aussi pour plusieurs variables continues (MANOVA). Pour ce qui est des facteurs et des niveaux, différentes techniques sont à notre disposition pour couvrir toutes les configurations. Pour exposer clairement la technique générale, un exemple est présenté. Le tableau 1 donne les valeurs d’une variable continue C dépendant de deux facteurs A et B variant sur deux niveaux Ax,

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Table des matières

REMERCIEMENTS
RÉSUMÉ
ABSTRACT
TABLE DES MATIÈRES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
LISTE DES SYMBOLES
CHAPITRE 1 INTRODUCTION GÉNÉRALE
1.1 MISE EN CONTEXTE
1.2 PROBLÉMATIQUE
1.2.1 CHUTE DE TRANSITION
1.2.2 MODULE D’ALIMENTATION
1.3 OBJECTIFS
1.4 MÉTHODOLOGIE
1.4.1 OPTIMISATION DE LA CHUTE DE TRANSITION
1.4.2 OPTIMISATION DU MODULE D’ALIMENTATION
1.5 PRÉSENTATION DES DIFFÉRENTES PARTIES
CHAPITRE 2 L’ÉCOULEMENT DES MATÉRIAUX GRANULAIRES
2.1 THÉORIE DES MATÉRIAUX GRANULAIRES
2.1.1 DÉFINITION D’UN MATÉRIAU GRANULAIRE
2.1.2 LES DIFFÉRENTS RÉGIMES D’ÉCOULEMENT
2.1.3 ÉCOULEMENT DENSE
2.1.4 LES MÉTHODES NUMÉRIQUES D’ANALYSE
2.1.5 L’AVANTAGE DE LA SIMULATION NUMÉRIQUE
2.2 PRÉSENTATION DU LOGICIEL EDEM
2.2.1 MODÈLE DE CONTACT
2.2.2 RÉALISATION D’UNE SIMULATION
CHAPITRE 3 RECHERCHE DES PROPRIÉTÉS MATÉRIAUX
3.1 DÉFINITIONS
3.2 MÉTHODE DE DÉTERMINATION
3.2.1 BANC D’ESSAI
3.2.2 PRINCIPE DES PLANS D’EXPÉRIENCE
3.3 PLAN D’EXPÉRIENCE ET CALIBRATION DU LOGICIEL
3.3.1 RECHERCHE DE L’INFLUENCE DES PARAMÈTRES
3.3.2 DÉTERMINATION DES PARAMÈTRES INFLUENTS
3.3.3 BASE DE DONNÉES DE MATÉRIAUX
CHAPITRE 4 OPTIMISATION DE LA CHUTE DE TRANSITION
4.1 CONSTRUCTION D’UN BANC D’ESSAI
4.2 COURBES EXPÉRIMENTALES CARACTÉRISTIQUES DE L’ÉCOULEMENT
4.3 MODÉLISATION DU BANC D’ESSAI
4.4 DISCUSSION
4.5 UTILISATION OPTIMALE DE LA CHUTE STANDARD
4.5.1 INFLUENCE DE LA POSITION HORIZONTALE
4.5.2 INFLUENCE DE LA HAUTEUR DE LA CHUTE
4.5.3 INFLUENCE D’UN REVÊTEMENT À FRICTION FAIBLE
4.5.4 VITESSE DE SORTIE DES PREMIÈRES PARTICULES
4.6 RECHERCHE DE NOUVELLES GEOMETRIES
4.6.1 CRITÈRES DE CHOIX ET DÉROULEMENT DES ESSAIS
4.6.2 EXEMPLE AVEC UNE CHUTE DOUBLE
4.6.3 TABLEAU SYNTHÈSE DES ESSAIS
4.7 DISCUSSION
CHAPITRE 5 OPTIMISATION DU MODULE D’ALIMENTATION
5.1 DESCRIPTION DU SYSTÈME ET PROBLÉMATIQUE
5.1.1 LE MODULE GHS
5.1.2 LA ROUTINE DE REMPLISSAGE
5.1.3 CHOIX D’UNE RECETTE
5.1.4 PROBLÉMATIQUE
5.2 HYPOTHÈSES ET MÉTHODOLOGIE
5.3 TRAVAIL PRÉLIMINAIRE SUR EDEM
5.3.1 OBTENTION DU DÉBIT EN TEMPS RÉEL
5.3.2 REPRODUCTION DE L’ÉCOULEMENT ERRATIQUE
5.3.3 CHOIX D’UNE MÉTHODE DE COMPARAISON ET D’ANALYSE
5.4 RÉSULTATS DES SIMULATIONS POUR DIFFÉRENTES GEOMETRIES DE PORTES
5.4.1 LES SYSTÈMES À UNE PORTE
5.4.2 AUTRES SYSTÈMES (DIAPHRAGME ET DOUBLE PORTE)
5.5 ESSAIS EXPÉRIMENTAUX
5.5.1 PROTOCOLE D’ESSAI
5.5.2 RÉSULTATS
5.6 DISCUSSION
5.6.1 ANALYSE DES PERFORMANCES
5.6.2 VALIDATION DE LA MÉTHODE
CHAPITRE 6 CONCLUSION GENERALE
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXE I PARAMÉTRAGE D’UNE SIMULATION SUR EDEM
1.1 IMPORTATION DES GEOMETRIES
1.2 SAISIE DES PARAMÈTRES DE SIMULATION
1.3 DÉFINITIONS DES PARTICULES
1.4 CRÉATION DES PARTICULES
1.5 DÉFINITION DES PARAMÈTRES DE CALCUL
1.6 VISUALISATION DE LA SIMULATION
ANNEXE II LES DIFFÉRENTES GEOMETRIES DE CHUTES TESTÉES
11.1 CHUTE DOUBLE 2
11.2 CHUTE DOUBLE 3
11.3 CHUTE DROITE
IL4 CHUTE SEMI-PARABOLIQUE
11.5 CHUTE CYCLOÏDE
11.6 CHUTE TUBE
11.7 CHUTE CONIQUE
11.8 CHUTE CONIQUE AVEC DÉFLECTEUR
ANNEXE III LES ANALYSES DES TESTS DE PRÉCISION