Etude de l'influence d'une phase dispersee sur la structure turbulente des ecoulements cisailles

par EMMANUEL ORY

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Richard Perkins.

Soutenue en 1998

à l'ECL .

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  • Résumé

    De nombreux processus industriels ou lies a l'environnement impliquent le transport et la dispersion de bulles, de particules ou de gouttelettes, dans un ecoulement turbulent. La difficulte majeure de l'etude de ces ecoulements reside dans la complexite des interactions entre la phase dispersee et la phase continue. Le principal objectif de ce travail est l'etude des echanges de quantite de mouvement entre une phase dispersee et la structure turbulente instationnaire d'un ecoulement cisaille comme la structure spatiale d'une couche de melange. Afin de generer un champ de vitesse approprie qui reproduit les interactions dynamiques entre les structures de grande echelle, nous utilisons un outil numerique base sur les methodes de vortex pour la simulation des ecoulements cisailles plans. La phase dispersee est, quant a elle, traitee en integrant l'equation du mouvement de chaque particule. Nous montrons ainsi, par comparaison avec des etudes recentes, que l'existence des structures coherentes propre a ces ecoulements (et en particulier a la couche de melange plane), influence fortement le mouvement d'une phase dispersee. En effet, sous certaines conditions, les particules solides s'agglomerent autour de ces structures tandis que les bulles sont attirees vers un point d'equilibre stable associe a chacune de ces structures coherentes. Nous cherchons ensuite a decrire l'action de la phase dispersee sur la phase continue en incorporant un terme source dans l'equation de transport et de diffusion de la vorticite. Le terme de couplage introduit represente les echanges de quantite de mouvement provoques par le phenomene d'action-reaction entre les deux phases. Dans nos simulations, cela se traduit par la creation, ou la destruction, de vorticite dans l'ecoulement. L'analyse des resultats de simulations d'ecoulements simplifies puis plus complexes, apporte quelques elements de reponse concernant les modifications globales des caracteristiques de la couche de melange et de la dispersion de bulles et des particules solides. Enfin, nous presentons une etude de faisabilite de la simulation d'un jet plan par une methode de vortex. Ce travail nous conduit a l'etude theorique du processus d'entrainement dans cet ecoulement. La modelisation numerique de ce phenomene est directement relie a la construction des conditions aux limites.


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Informations

  • Détails : 142 P.
  • Annexes : 119 REF.

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
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