Augmentation of the impact of an explosive is routinely achieved by packing metal particles in the explosive charge. When detonated, the particles in the charge are ejected and dispersed. The ejecta influences the post-detonation combustion processes that bolster the blast wave and determines the total impact of the explosive. Thus, it is vital to understand the dispersal and the combustion of the particles in the post-detonation flow, and numerical simulations have been indispensable in developing important insights. Because of the accuracy of Eulerian-Lagrangian (EL) methods in capturing the particle interaction with the post-detonation mixing zone, EL methods have been preferred over Eulerian-Eulerian (EE) methods. However, in most cases, the number of particles in the flow renders simulations using an EL method unfeasible. To overcome this problem, a combined EE-EL approach is developed by coupling a massively parallel EL approach with an EE approach for granular flows. The overall simulation strategy is employed to simulate the interaction of ambient particle clouds with homogenous explosions and the dispersal of particles after detonation of heterogeneous explosives. Explosives packed with aluminum particles are also considered and the aluminum particle combustion in the post-detonation flow is simulated. The effect of particles, both reactive and inert, on the combustion processes is analyzed. The challenging task of solving for clouds of micron and sub-micron particles in complex post-detonation flows is successfully addressed in this thesis.

L'objectif de cette étude est de comprendre et de modéliser la phénoménologie du transport vertical dense descendant de particules de la classe A de la classification de Geldart. Dans un premier temps, une étude expérimentale est réalisée sur une maquette en statique (absence de circulation de solide) dans le but de déterminer expérimentalement l'effet des paramètres opératoires sur les grandeurs caractéristiques de la défluidisation des particules de FCC : vitesses de sédimentation, porosité de la phase dense, temps caractéristiques…. Ces données sont nécessaires pour l'étude de l'écoulement gaz/solide dense vertical descendant. La simulation numérique en 2D de la défluidisation est effectuée et les prédictions sont comparées aux données expérimentales. Dans un deuxième temps, des essais sur une maquette permettant de reproduire les phénomènes observés industriellement dans les écoulements denses verticaux descendants de particules sont entrepris. Les observations visuelles complètent les mesures de pressions locales obtenues le long de l'écoulement à différentes conditions avec et sans injection de gaz d'aération. L'étude expérimentale consiste à : - déterminer les limites des différents régimes en termes de débit surfacique de solide et de débit d'aération ; - établir les propriétés de l'écoulement dans les différents régimes. Dans un troisième temps, les propriétés des écoulements de différents régimes sont étudiées et modélisées par une approche monodirectionnelle du type bulle-émulsion. / The objective of this study is to understand and model the phenomenology of the vertical downward dense transport of class A particles of the Geldart classification. Initially, an experimental study is conducted on a static fluidized bed (no flow of solid) in order to determine experimentally the effect of operating parameters on the defluidization properties of FCC particles, such as, sedimentation rates, dense phase porosity, characteristic times ... These data are needed to study gas/solid dense downward flow. 2D numerical simulations of defluidization are performed and the predictions are compared with experimental data. In a second step, experiments are undertaken in a pilot unit able to reproduce the gas/solid dense downward flow phenomena observed in industrial units. Visual observations complement the local pressure measurements profile obtained for the different flow conditions with and without external injection of gas. The experimental study is conducted to: - determine the boundaries of different flow patterns in terms of solid mass flux and gas flowrate; - establish flow properties in different flow patterns. Finally, flow properties of the different patterns are studied and modelled by a monodimensional bubble/emulsion approach.