Note ABES Computational fluid dynamics application to optimize and evaluate the performance of high rate algal pond system Application de la mécanique des fluides numérique pour évaluer et optimiser la performance d’un chenal à haut rendement algal Chenal à haute rendement algal Mélange Traçage Mécanique des fluides numérique High-rate algal pond Mixing Tracer study Computational fluid dynamics 628.1 Eaux usées -- Épuration -- Traitement biologique Agglomérations urbaines Déchets -- Élimination Hydrodynamique Modèles mathématiques Modélisation CFD Écoulement (hydrologie) -- Vitesse Le chenal à haut rendement algal (CHRA) est l'un des moyens les plus appropriés pour la production de biomasse algale. Cette étude s'intéresse à l'effet de l'hydrodynamique d'un CHRA à l'échelle pilote afin d’y optimiser le mélange. La mécanique des fluides numérique a fait ses preuves en offrant la possibilité de comprendre et d'optimiser des paramètres hydrodynamiques complexes qui sont généralement considérés comme des facteurs décisifs du degré de mélange. Dans cette étude, deux approches alternatives de modélisation CFD, les méthodes vitesse d’entrée et maillage dynamique, sont utilisées pour simuler l'hydrodynamique du bassin. Les données de champs vitesse et de traçage expérimentales sont utilisées pour valider et comparer les performances de ces approches. Les profils de vitesse horizontaux sur la profondeur à trois positions présentent une meilleure concordance avec les valeurs expérimentales avec la méthode maillage dynamique que la méthode vitesse d’entrée. D'autre part, avec la diffusion turbulente incluse dans la méthode vitesse d’entrée, on constate une bonne concordance entre les valeurs simulées et expérimentales du traceur dans un temps de simulation beaucoup plus court qu’avec l'approche du maillage dynamique. Le temps de calcul pour le maillage dynamique est extrêmement long sans qu'il y ait un avantage équivalent dans le résultat de la simulation du traceur par rapport à la méthode de la vitesse d'entrée, dans cette configuration particulière du modèle. Pour améliorer la prédiction de la vitesse à partir de la méthode de la vitesse d'entrée, le profil de vitesse expérimental de la mesure ADV a été appliqué sur la condition aux limites d’entrée du modèle. Une modification simple a également été apportée à la géométrie du bassin pour démontrer l'effet du déflecteur sur les conditions de mélange et la consommation d'énergie. La mise en place de déflecteurs pourrait rendre la distribution des vitesses uniforme, ce qui minimiserait la consommation d'énergie et réduirait les zones mortes. In a well-mixed condition, High Rate Algal Pond (HRAP) is one of the most appropriate ways for algal biomass production. This study is interested in the effect of the hydrodynamics inside a lab-scale HRAP that plays an important role to realize proper mixing. Computational Fluid Dynamics has proven itself to offer the possibilities of understanding and optimizing complex hydrodynamic parameters that are commonly considered as decisive factors to the degree of mixing. In this study, two alternative CFD modeling approaches, Inlet Velocity and Dynamic Mesh methods, are used to simulate the pond hydrodynamics. Measured velocity and tracer data are used to validate and compare the performance of these approaches. Horizontal velocity profiles across the depth of flow at three locations display higher agreement with the experimental values in the Dynamic Mesh method than the Inlet Velocity method. On the other hand, with turbulence diffusion included in the Inlet velocity method, good agreement is found between simulated and experimental tracer values in fairly short simulation time than in the Dynamic Mesh approach. The computational time for Dynamic Mesh is extremely exaggerated without an equivalent advantage in the tracer simulation result over the Inlet Velocity method in this particular model setup. To enhance the velocity prediction from Inlet Velocity method, velocity profile from ADV measurement has been applied on the inlet patch of the model and better fitting curves are observed in this case. Simple modification has also been made on the geometry of the pond to demonstrate the effect of the flow deflector on mixing condition and power consumption. The provision of deflectors could make the velocity distribution uniform thereby minimizing power consumption and reducing the dead zones. Electronic Thesis or Dissertation Text en PDF 8105382 Université de Strasbourg Strasbourg 2020-12-31 https://theses.hal.science/tel-02953051 application/pdf 7754878 https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2020/Teshome_Tewodros_2020_ED269.pdf http://www.theses.fr/2020STRAD002/abes https://theses.hal.science/tel-02953051 https://theses.hal.science/tel-02953051 https://theses.hal.science/tel-02953051 Teshome Tewodros Meless 1981-05-13 FR 249433346 https://theses.fr/2020STRAD002 2020STRAD002 https://doi.org/10.70675/9d439278ze97dz4426z8976z5f044e54560f 2020-03-05 Mécanique des fluides Strasbourg 131056549 Doctorat Docteur es non oui Laurent Julien MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 146171497 Steyer Jean-Philippe MADS_PRESIDENT_DU_JURY 121854787 Laurent Julien MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 146171497 Steyer Jean-Philippe MADS_MEMBRE_DU_JURY_2 121854787 Legrand Jack MADS_MEMBRE_DU_JURY_3 060386576 Hreiz Rainier MADS_MEMBRE_DU_JURY_4 169860582 169860582 Steyer Jean-Philippe MADS_RAPPORTEUR_1 121854787 Legrand Jack MADS_RAPPORTEUR_2 060386576 École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 156504863 Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 176969721 260728 ddc:620 Laurent Julien Steyer Jean-Philippe Laurent Julien Steyer Jean-Philippe Legrand Jack Hreiz Rainier Steyer Jean-Philippe Legrand Jack École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....) Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg) PDF 8105382