Dynamique des fluides computationnelle (CFD) dans l’industrie du traitement des eaux usées
La dynamique des fluides computationnelle, ou CFD, (de l’anglais Computational Fluid Dynamics) est une discipline d’ingénierie qui s’occupe principalement de la modélisation, de la simulation et de l’analyse des phénomènes dits de dynamique des thermo-fluides, ceux-ci impliquent le mouvement des fluides, le transfert de chaleur et bien d’autres phénomènes.
Grâce à la CFD, les ingénieurs et les chercheurs peuvent étudier le comportement des fluides de manière précise et détaillée, prédire les performances d’un système et optimiser son fonctionnement.
L’objectif principal de la CFD est de prédire le comportement des fluides dans différentes conditions, telles que la vitesse d’écoulement, la pression, la température, la distribution de la concentration d’une substance dissoute, la turbulence et la formation de tourbillons.
La CFD utilise une combinaison de physique, de mathématiques, d’informatique et de techniques de simulation numérique pour résoudre les équations différentielles qui décrivent le comportement des fluides.
Les équations qui régissent le mouvement des fluides sont les équations de Navier-Stokes, qui décrivent le comportement d’un fluide visqueux dans un champ de forces.
Pour résoudre les équations, la CFD utilise un ensemble de méthodes numériques, discrétisant un domaine tridimensionnel du problème dans une grille de points ou de cellules, ce qui est appelé maillage et représente le domaine informatique fluide dans lequel le problème est résolu.
La résolution numérique des équations de Navier-Stokes est ensuite obtenue en utilisant l’analyse numérique, les algorithmes d’itération et d’approximation numérique, tels que la méthode des différences finies, la méthode des éléments finis ou la méthode des volumes finis.
En particulier, pour SCM, la CFD est un outil essentiel pour améliorer l’efficacité de ses systèmes, en optimisant les profils des hélices et des hydrauliques les plus complexes.
Grâce à l’analyse numérique des flux, il est possible d’étudier la dynamique des fluides à l’intérieur des machines, en identifiant les zones où se produisent des phénomènes de turbulence ou de séparation des flux.
Grâce à ces informations, il est possible d’améliorer la conception des hélices et des hydrauliques, d’augmenter leur efficacité et de réduire leur consommation d’énergie.
La mise en œuvre de la CFD permet donc à SCM d’offrir à ses clients des machines toujours plus efficaces et performantes, capables de répondre à tous les besoins et demandes.
Grâce à la dynamique des fluides computationnelle, SCM peut toujours être à l’avant-garde de l’innovation technologique et de l’amélioration de ses produits.
Dynamique des fluides computationnelle (CFD) dans le traitement optimal de l’eau
L’épuration des eaux usées est un processus crucial qui implique l’élimination des polluants, tels que les agents pathogènes, les nutriments et les substances organiques, avant leur rejet dans l’environnement.
La dynamique des fluides computationnelle (CFD) devient de plus en plus importante dans le secteur du traitement de l’eau, en effet, les ingénieurs peuvent concevoir, analyser et optimiser les stations d’épuration, améliorer l’efficacité du processus d’épuration, réduire les coûts de conception et de gestion des installations et minimiser l’impact environnemental des installations.
Le processus d’épuration des eaux usées implique un certain nombre de processus physiques, chimiques et biologiques, tels que la sédimentation, la filtration, la désinfection et la biodégradation.
La CFD peut être utilisée pour simuler l’écoulement des eaux usées à l’intérieur de l’installation d’épuration, améliorer la compréhension du comportement du réacteur et identifier les domaines dans lesquels des mesures doivent être prises pour améliorer les performances.
En particulier, la CFD est utilisée pour la conception et l’optimisation des réacteurs biologiques, qui sont au cœur des stations d’épuration des eaux usées.
Les réacteurs biologiques sont des réservoirs dans lesquels les bactéries dégradent la matière organique présente dans l’eau, la transformant en substances inorganiques.
La CFD permet de modéliser l’écoulement de l’eau à l’intérieur du réacteur biologique et la diffusion des nutriments et des produits de dégradation, permettant aux ingénieurs de comprendre le comportement du réacteur et d’identifier les domaines dans lesquels il est nécessaire d’intervenir pour améliorer ses performances.
Le rôle de la dynamique des fluides computationnelle dans les systèmes d’aération, les décanteurs, les filtres biologiques, les réacteurs d’oxydation et les systèmes de mélange
La dynamique des fluides computationnelle est également utilisée pour :
- optimiser les systèmes d’aération, qui fournissent l’oxygène nécessaire aux bactéries présentes dans le réacteur biologique pour dégrader la matière organique. Grâce à la modélisation du flux d’air à l’intérieur du réacteur biologique, la CFD aide les ingénieurs à comprendre comment l’air est distribué à l’intérieur du réacteur et à identifier les zones où il est nécessaire d’intervenir pour améliorer sa distribution ;
- pour évaluer la répartition du flux et la vitesse des particules solides à l’intérieur des décanteurs, utilisés pour séparer les solides des eaux usées ;
- concevoir et optimiser les filtres biologiques qui sont utilisés pour éliminer les substances organiques et les nutriments des eaux usées par biodégradation ;
- pour l’étude du flux d’air à l’intérieur des réacteurs d’oxydation utilisés pour éliminer les substances organiques des eaux usées par oxydation chimique. La simulation du flux d’air à l’intérieur du réacteur permet d’optimiser la distribution de l’air et la dispersion des polluants ;
- pour la conception et l’optimisation des systèmes de mélange, qui sont utilisés pour maintenir homogène le contenu du réacteur biologique. En modélisant le flux d’eau à l’intérieur du réacteur biologique, la CFD aide les ingénieurs à identifier les domaines dans lesquels il est nécessaire d’intervenir pour améliorer la distribution du flux et le mélange.
