A suspension flow model based on the "suspension balance" approach has been developed. This work modifies the model to allow the solution of suspension flows under general flow conditions. This requires the development of a frame-invariant constitutive model for the particle stress which can take into account the spatially-varying local kinematic conditions. The mass and momentum balances for the bulk suspension and particle phase are solved numerically using a finite volume method. The particle stress is based upon the computed rate of strain and the local kinematic conditions. A nonlocal stress contribution corrects the continuum approximation of the particle phase for finite particle size effects. Local kinematic conditions are accounted through the local ratio of rotation to extension in the flow field. The coordinates for the stress definition are the local principal axes of the rate of strain field. The developed model is applied to a range of problems. (i) Axially-developing conduit flows are computed using both the full two-dimensional solution and the more computationally efficient "marching" method. The model predictions are compared to experimental results for cross-stream particle concentration profiles and axial development lengths. (ii) Model predictions are compared to experiments for wide-gap circular Couette flow of a concentrated suspension in a shear-thinning liquid. With minor modification, the suspension flow model predicts the major trends and results observed in this flow. (iii) Comparisons are made to experiments for an axisymmetric contraction-expansion. Model predictions for a two-dimensional planar contraction flow test the influence of model formulation. The variation of the magnitude of an isotropic particle normal stress with local kinematic conditions and anisotropy in the in-plane normal stresses are both explored. The formulation of the particle phase stress is found to have significant effects on the solid fraction and velocity. (iv) Finally, for a rectangular piston-driven flow and an obstructed channel flow, a "computational suspension dynamics" study explores the effect of particle migration on the bulk flow field, system pressure drop and particle phase composition.

Lorsqu'une suspension concentrée est en écoulement, il est fréquent d'observer que la concentration en particules ne reste pas homogène mais que les particules migrent vers des régions préférentielles de l'écoulement. Globalement, il existe deux types de modèles pour décrire cette interaction entre l'écoulement et la structure qui apparaît dans la suspension. Les premiers sont assez phénoménologiques et reposent sur l'étude des collisions qui surviennent entre les particules en écoulement. Ils donnent lieu à une description de la migration en terme de diffusion des particules. Le second modèle, appelé "Suspension Balance Model" (SBM), fait appel à l'action des contraintes normales d'origine particulaire engendrées par l'écoulement. Ce modèle semble très pertinent mais son utilisation souffre du manque de données sur les contraintes normales dans les suspensions. Ce manuscrit rapporte une étude expérimentale et numérique de la rhéologie et de la migration induite par un écoulement dans des suspensions non-browniennes concentres. La partie expérimentale consiste à mesurer, en géométrie torsionnelle plan-plan, la viscosité, les deux différences de contraintes normales et le tenseur des contraintes particulaires. Les contraintes particulaires déterminées expérimentalement sont alors injectées dans le "Suspension Balance Model" qui relie le flux de particules à la divergence du tenseur des contraintes particulaires, dans le cas d'un écoulement de cisaillement simple. Les équations couplées de la conservation de la masse, des particules et du moment d'inertie sont implémentées dans OpenFOAM et résolues par la méthode des volumes finis. Les résultats numériques sont comparés à des résultats numériques et expérimentaux de la littérature. Enfin, le SBM est généralisé pour être utilisé dans tout type d'écoulement à 2 dimensions ; les cas du cisaillement d'un nuage de particules et de l'effet de la gravité dans un écoulement de Couette horizontal sont traités.