Entrainment of floating granules behind a barrier

Abstract

To simulate the retaining capacity of an oil barrier in an uniform flow field, experiments were carried out in a laboratory flume at Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Laboratory of Hydraulic Constructions (LCH) by using Light Expanded Clay Aggregates (LECA) and plastic particles. It was demonstrated that under appropriate assumptions for the effects of buoyancy and gravity forces, the Shields approach is suitable to predict both the entrainment of suspended granules behind a barrier and the start of leakage underneath. The phenomenon was also simulated numerically with a multiphase model using a CFD code, Fluent, and the results were compared to those of the physical experiments. The "Eulerian model" multiphase model of FLUENT was selected to simulate the phenomenon. The numerical model successfully predicts the evolution of the slick shape behind the barrier for various flow conditions. The amount of LECA that leaked from the barrier agreed well with the experimental observations. RÉSUMÉ Pour simuler la capacité de fixation d'une barrière à huile dans un écoulement uniforme, des expériences ont été effectuées dans un canal de laboratoire à l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Laboratoire de Constructions Hydrauliques (LCH) en utilisant des Light Expanded Clay Agrégats (LECA) et des particules en plastique. Il a été démontré que dans le cadre d'hypothèses appropriées pour les effets de flottabilité et les forces de gravité, l'approche de Shields permet de prédire tant l'entraînement de granulés en suspension derrière une barrière que le début de fuite par en dessous. Le phénomène a été également simulé numériquement avec un modèle multiphase utilisant le code de CFD Fluent, et les résultats ont été comparés à ceux des expériences physiques. Le "modèle Eulerien" multiphase de FLUENT a été sélectionné pour simuler le phénomène. Le modèle numérique prédit avec succès l'évolution de la forme de la nappe derrière la barrière pour différentes conditions d'écoulement. Le montant de LECA qui a fuit de la barrière correspondait bien avec les observations expérimentales.