Écoulements des fluides à seuil au travers de singularités convergentes et divergentes

Flows of yield stress fluids through contractions and expansions

• Auteur / Autrice : Mansour Belhadri
• Direction : Jean-Michel Piau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés libres

Physique

Domaines classiques de la physique

Fluide non newtonien

Contrainte seuil

Rheologie

Ecoulement conduite

Perte charge

Section variable

Etude experimentale

Simulation numerique

4750

Pac

Non-newtonian fluids

Threshold stress

Rheology

Pipe flow

Pressure drop

Variable section

Experimental study

Numerical simulation

Résumé

Cette etude porte sur l'ecoulement d'un fluide a seuil modele aux travers des singularites convergentes, progressivement coniques et divergentes. Pour mener a bien cette recherche, une caracterisation rheometrique fine du materiau a ete effectuee. Une installation experimentale et des procedures originales adaptees aux fluides a seuil ont ete mises en uvre. La zone statique (zone morte) a ete quantifiee au coin de la singularite par la visualisation en utilisant des geometries transparentes. Les mesures experimentales ont ete comparees aux predictions numeriques menees en parallele avec le logiciel polyflow. Ce logiciel permet le calcul par elements finis a l'aide d'un modele purement visqueux (loi a deux viscosites) afin de simplifier le calcul numerique rendu difficile par le traitement du seuil de contrainte. Le seuil de contrainte provoque une augmentation de la zone morte. Cette zone de non ecoulement augmente avec le rapport de contraction, diminue lorsque on adopte des singularites coniques et devienne negligeable a partir d'un angle de conicite limite. Les pertes de charges utiles au dimensionnement des installations industrielles sont egalement determinees, elles deviennent plus accentuees pour les hb grands. Et d'autre part en divergent, une zone morte est aussi observee au coin de la singularite, elle augmente en diminuant le niveau de contrainte dans l'ecoulement. Une zone de transition zone morte-tourbillon a ete mise en evidence pour la premiere fois en regime inertiel. Le tourbillon apparait entre la zone morte et l'ecoulement central et prend de l'ampleur lorsque les effets de l'inertie deviennent predominants. Une autre zone morte est observee au point du rattachement du tourbillon. Les comparaisons font apparaitre un bon accord entre mesures experimentales et predictions numeriques. Les resultats sont en accord satisfaisant compte tenu des incertitudes de mesure