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Mise en suspension de particules de tungstène poly-dispersées par des écoulements d'air turbulents : effets de la concentration surfacique et des collisions inter-particules

S. PEILLON (1), A. M. VIDALES (2), J. BENITO (2), R. UÑAC (2), F. GENSDARMES (1)

1. Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), PSN-RES, SCA, Gif-sur-Yvette, France.
2. INFAP, CONICET, Universidad Nacional de San Luis, San Luis, Argentina.

[2022]

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Résumé

La mise en suspension de particules poly-dispersées par des écoulements d'air turbulents a été étudiée expérimentalement dans une soufflerie appelée BISE. La configuration a été soigneusement validée pour produire des écoulements d'air de référence pour différentes valeurs de vitesses de frottement. Des dépôts monocouches de particules de tungstène poly-dispersées sur des surfaces de tungstène ont été utilisés pour les expériences. La fraction de particules détachées par classe de taille de 1 µm à 50 µm a été quantifiée pour analyser les effets de la vitesse de frottement et de la concentration des particules sur la surface. La comparaison des résultats avec les modèles de mise en suspension a révélé des divergences pour le comportement des particules de diamètre inférieur à 4,5 µm. Ces divergences n'ont pas pu être comprises par l'évaluation de la distribution des forces d'adhésion particule-surface réalisée par microscopie à force atomique. En revanche, pour des concentrations surfaciques de particules allant de 47 à 85 mm-2, un effet de collision a été identifié en raison de la concentration et de la poly-dispersion des particules déposées sur la surface. En effet, lors de l'analyse des données expérimentales, une bonne corrélation linéaire est obtenue entre la fraction de petites particules détachées et un paramètre de collision, démontrant que les collisions pourraient être responsables de la fraction de mise en suspension étonnamment élevée pour une taille de particule inférieure à 4,5 µm de diamètre. Les données expérimentales et l'analyse présentée dans l'article montrent que la concentration surfacique des particules et les effets de collision sont clairement pertinents et doivent être pris en compte dans les modèles de mise en suspension, en particulier dans le cas de dépôts de particules poly-dispersées.


Mots clés

Mise en suspension, adhésion, particule, collision

Abstract

Poly-dispersed particle resuspension by turbulent airflow was experimentally studied in a wind tunnel called BISE. The set-up was carefully validated to produce reference airflows with different friction velocities values. Monolayer deposits of poly-dispersed tungsten particles on tungsten surfaces were used for the experiments. The fraction of detached particles by size bin from 1 µm to 50 µm was quantified to analyze the effects of friction velocity and particles concentration on surface. Comparison of the results with resuspension modeling revealed discrepancies for particles behavior with diameter below 4.5 µm. These discrepancies could not be understood by assessment of particle-surface adhesion force distributions carried out with Atomic Force Microscopy analysis. For particle surface concentrations ranging from 47 to 85 mm-2, a collision effect was identified due to the concentration and poly-dispersion of particles deposited on the surface. Indeed, when analyzing the experimental data, a good linear correlation is obtained between the fraction of the small particles detached and a collision parameter, demonstrating that collisions could be responsible for the unexpectedly high resuspended fraction observed for particle size below 4.5 µm in diameter. The experimental data and the analysis presented in the paper show that particle surface concentration and collision effects are clearly relevant and should be considered in resuspension models, especially for poly-dispersed particles assessment.


Keywords

Resuspension, adhesion, particle, collision

DOI

10.25576/ASFERA-CFA2022-27961

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