An assessment is given of the present state of modeling and simulation of buoyancy driven gas-liquid bubble flow based on the two-fluid approach. Main points of discussion

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Résumé -Hydrodynamique des colonnes à bulles gaz-liquide et des réacteurs à gazosiphon :expériences et simulations numériques -Il est généralement admis que la description réaliste de l'écoulement diphasique constitue l'un des éléments clés pour améliorer la modélisation des réacteurs gaz-liquide. L'un des principaux problèmes non résolus est la modélisation de la turbulence dans la phase continue. Dans la majorité des publications sur les simulations numériques des écoulements diphasiques stationnaires, le modèle standard k-ε développé pour les écoulements monophasiques a été utilisé. Cependant, l'applicabilité générale de ce modèle à des écoulements diphasiques non stationnaires est souvent controversée.Dans notre dernier exposé à ISCRE-15, nous avons abordé cette question en prenant l'exemple d'une colonne à bulles plate localement aérée. Les résultats de ce calcul à trois dimensions en fonction du temps ont montré qu'il était possible d'obtenir une solution dynamique réaliste avec le modèle de turbulence k-ε.Il est cependant évident que l'applicabilité générale du modèle de turbulence 3D k-ε à la simulation dynamique des écoulements à bulles nécessite une validation complémentaire dans un large éventail de cas tests pour les écoulements turbulents gaz-liquide. Une série de nouveaux essais pour une colonne à bulles vide aérée symétriquement avec différents ratios géométriques est présentée dans cette contribution. Les résultats d'expériences minutieuses et de simulations d'écoulement sont comparés.Un autre problème important non résolu est celui de la modélisation de la turbulence générée par la phase gazeuse. Dans le cas des colonnes à bulles plates aérées localement, mentionnées ci-dessus, la phase gazeuse a rempli seulement une très petite partie du réacteur, et l'influence de la turbulence créée par les bulles a pu être complètement négligée. De nouveaux résultats de simulation pour des réacteurs en gazosiphon de géométries variées sont présentés. Dans ces nouveaux essais, la phase gazeuse remplit la totalité de la section transversale de la colonne montante, de telle sorte que la turbulence générée par les bulles est du même ordre de grandeur que celle induite par le cisaillement. Négliger ces effets dans le modèle donne une très faible concordance entre les résultats des simulations et ceux des expériences. Les modifications les plus connues du modèle standard k-ε, qui tentent de décrire l'influence de la montée des bulles de gaz sur la turbulence dans la phase liquide, sont discutées. Malheureusement, dans certains cas, aucune d'entre elles n'améliore la concordance avec les résultats expérimentaux, de telle sorte qu'il est nécessaire de réaliser des études complémentaires dans ce domaine.Mots-clés : colonnes à bulles, gaz-liquide, modèle à deux fluides, écoulements turbulents.