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Séminaire ACSIOM

Modèles cinétiques pour les écoulements gaz-particules

On s'intéresse dans cet exposé à des modèles décrivant l'évolution de particules (telles que des particules solides de poussière ou des goutelettes) dans un gaz raréfié. De nombreux modèles de spray pour les mélanges gaz-particules existent, mais la plupart du temps le gaz (appelé aussi la "phase porteuse" dans les modèles de spray) est décrit par des équations portant sur les grandeurs macroscopiques du fluide. On adopte ici une approche à l'échelle mésoscopique pour décrire le gaz. Je présenterai deux types de modèles destinés à décrire une situation où les particules (correspondant à la phase "dispersée" du spray) sont macroscopiques comparées aux molécules. Dans la première modélisation que nous considérons, la phase de particules est décrite par une fonction de densité, dont les variables sont le temps, la position, la vitesse, et éventuellement de la température de surface des particules. L'évolution des densités en gaz et en particules est décrite par un couplage de deux équations de type Boltzmann, dont les opérateurs intégraux décrivent l'interaction entre les molécules et les particules. Différents mécanismes collisionnels sont considérés, conduisant à des modèles plus simples à étudier d'un point de vue mathématique, ou plus riches d'un point de vue physique. Une aymptotique de masse faible permet ensuite de dériver un couplage de type Vlasov-Boltzmann, moins coûteux à simuler par méthode particulaire. Dans une seconde modélisation, le système gaz-particules est cette fois vu comme un gaz évoluant en domaine mouvant. Les particules sont alors traitées individuellement au lieu d'être considérées au niveau mésoscopique comme dans le modèle précédent. Nous montrons l'existence de solutions pour un problème aux limites avec conditions de réflexion diffuse aux bords. Des simulations numériques 2d-2v illustrent l'effet du mouvement des particules sur la densité et la température du gaz.