Étude numérique et modélisation de la modulation de la turbulence dans un écoulement de nappe chargée en particules

par Olivier Vermorel

Thèse de doctorat en Dynamique des fluides

Sous la direction de Benoît Bédat et de Thierry Poinsot.

Soutenue en 2003

à Toulouse, INPT .


  • Résumé

    Ce travail de thèse est consacré à l'étude numérique et théorique de la modulation de la turbulence par des particules. Cette étude s'appuie sur des résultats issus de simulations de type Euler/Lagrange qui résolvent directement les équations instantanées de la phase gazeuse et effectuent un suivi de trajectoires des particules. La configuration étudiée représente une nappe de particules injectée à haute vitesse dans une turbulence homogène isotrope décroissante. Le mouvement des particules est supposé uniquement gouverné par la force de traînée visqueuse. Le chargement en particules est suffisamment important pour que les particules influent sur la phase gazeuse (couplage inverse) mais suffisamment faible pour pouvoir négliger les collisions interparticulaires. Le transfert de quantité de mouvement des particules vers le gaz cause une forte accélération du gaz au centre de la nappe. A la périphérie de la nappe, on constate une importante augmentation de la turbulence gazeuse principalement due aux termes de production par les gradients moyens de vitesse (effet indirect des particules). L'analyse des termes de transfert d'énergie cinétique entre phases montre que l'effet direct des particules est de détruire la turbulence au centre de la nappe et de l'augmenter à la périphérie. Ce dernier effet est causé par la forte corrélation entre la distribution de particules et la vitesse instantanée du gaz. Le modèle k-[ epsilon ] est ensuite étudié et la validité de ses hypothèses de fermeture en écoulement diphasique est éprouvée à l'aide de tests a priori. Une nouvelle formulation de type viscosité turbulente, fonction des paramètres diphasiques, est utilisée pour modéliser le tenseur de Reynolds du gaz. La modélisation du terme de couplage diphasique pour l'équation de taux de dissipation est remise en cause. Une équation de Langevin diphasique est également testée pour modéliser les équations de vitesse de dérive et de covariance des fluctuations de vitesse fluide-particules.


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Informations

  • Détails : XI-221 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.213-221

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