Etude expérimentale de la rupture de gouttes dans un écoulement turbulent

par Sophie Galinat

Thèse de doctorat en Génie des procédés et de l'environnement

Sous la direction de Pascal Guiraud et de Olivier Masbernat.

Soutenue en 2005

à Toulouse, INPT .


  • Résumé

    Ce travail concerne la rupture de gouttes dans un écoulement turbulent généré en aval d'une restriction de conduite. Un dispositif expérimental spécifique produit un écoulement dispersé liquide-liquide dans une conduite verticale. L'utilisation de la trajectographie par vidéo rapide a permis d'effectuer une analyse globale de la rupture d'une goutte isolée : des données statistiques, comme la probabilité de rupture, la distribution de taille des gouttes filles, ont été dérivées des observations expérimentales. Une étude de l'hydrodynamique locale en aval de l'orifice, via la vélocimétrie par images de particules, a mis en évidence la nature de la contrainte exercée par la phase porteuse sur la goutte responsable de la rupture. Le rôle de la dynamique propre de la goutte sur la rupture face à cette contrainte a été identifié grâce à la simulation numérique. Les mécanismes de la rupture de gouttes en écoulement concentré ont finalement été étudiés, expérimentalement et numériquement

  • Titre traduit

    Experimental sutdy of drop breakup in a turbulent flow


  • Résumé

    This work presents the drop breakup phenomenon in a turbulent flow induced by a cross-section restriction in a pipe. A global analysis of single-drop breakup, in a finite volume downstream of the orifice, has allowed deriving statistical quantities such as the break-up probability and the daughter-drop distribution. These parameters are function of a global Weber number based on the maximal pressure drop through the orifice. At a local scale, the locations of breakup events are distributed heterogeneously and depend on the flow Reynolds number. The local hydrodynamic study in downstream of the orifice, which has been done by using Particle Image Velocimetry, reveals the specific breakup zones. Otherwise, this analysis has proved that the turbulence is the predominant external stress at the drop scale. The relation between drop deformation and the external stress along the trajectory has been simulated numerically by the response of a damped oscillator to the locally measured instantaneous turbulence forcing. The results of statistical analysis have allowed to introduce a breakup criterion, based on a unique deformation threshold value for all experiments. This multiscale approach has been conducted to study drop breakup mechanisms in a concentrated dispersion. The breakup probability decrease with the increase of dispersed phase concentration, which influences the turbulent Weber number distribution in downstream of the orifice.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (263 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 231-241

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Ecole nationale supérieure d'ingénieurs en arts chimiques et technologiques. Service de documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TG 2005 GAL
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