Étude expérimentale des fluctuations de vitesse de basse fréquence dans une cuve agitée axialement

par Jean-Luc Montes

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Jean Boisson.

Soutenue en 1997

à Toulouse, INPT .


  • Résumé

    Une experimentation a ete conduite pour decrire l'organisation des structures de grandes echelles temporelles et spatiales du melange non prises en compte dans les modeles numeriques actuels. L'ecoulement genere par une turbine a 6 pales inclinees a 45 dans une cuve agitee munie de 4 chicanes est ici considere. Le milieu est newtonien et les fluides utilises sont l'eau et une solution de glycerine. Le regime est transitionnel ou turbulent. L'analyse est faite en combinant une approche qualitative basee sur la visualisation et une approche quantitative s'appuyant sur l'analyse de signaux issus de la velocimetrie laser a effet doppler. Une base de donnees etablie par l'enregistrement de deux composantes de la vitesse est constituee pour plusieurs nombre de reynolds. Les visualisations montrent que ces structures se developpent entre la turbine et la surface libre et modifient l'ecoulement. Nees d'une violente activite de l'ecoulement, elles ne rentrent pas dans la description du champ moyen. L'analyse spectrale revele un phenomene de basse frequence, 90 fois plus faible que la frequence de passage des pales et couple lineairement a la vitesse de rotation. Cette basse frequence, presente dans une region proche de la turbine, correspond a des oscillations de la boucle principale caracterisees par des variations de l'angle de refoulement de la turbine. L'action de la turbine sur l'ecoulement est etroitement liee au mecanisme de formation des structures. Une representation non stationnaire, a travers une transformee en ondelettes, montre un phenomene pseudo-periodique present sur plus de 16% du temps total dans l'eau et 25% dans la solution de glycerine, pour une meme vitesse de rotation. La frequence moyenne d'apparition du phenomene depend de la viscosite. Cela se repercute sur le nombre de reynolds critique d'apparition de la basse frequence. Il est de 500 pour une solution de glycerine a 85% et de quelques milliers dans l'eau. Nous avons ensuite realise une decomposition orthogonale d'un signal temporel apres avoir reconstruit la matrice des correlations par la methode du delai temporel. Le phenomene basse frequence se caracterise par deux modes propres particuliers et sa contribution energetique peut atteindre 16% de l'energie cinetique totale dans l'eau et pres de 40% dans la solution de glycerine.

  • Titre traduit

    Experimental study of low frequency velocity fluctuations in an axial agitated mixing tank


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Informations

  • Détails : 165 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 157-165

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  • Bibliothèque : École nationale supérieure d'électrotechnique, d'électronique, d'informatique, d'hydraulique et des télécommunications. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 97INPT054H/1

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 1997INPT117H
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