Etude expérimentale du rôle de la turbulence de paroi dans le transport de particules

par Julie Almer

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Françoise Bigillon.

Soutenue en 2008

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Le rôle joué par la turbulence de paroi dans le transport de particules est étudié à l’aide de deux types d’expériences. Les premières ont porté sur un écoulement à surface libre chargé en billes de verre et de céramique transportées par suspension, pour 4 conditions hydrauliques données. Les secondes expériences ont été réalisées en turbulence contrôlée pour des conditions de transport très proches du seuil de suspension. Afin de mesurer simultanément le champ de vitesse de l’écoulement ainsi que la position et la vitesse des particules, nous avons utilisé la PIV (Vélocimétrie par Image de Particules). Nous pouvons ainsi analyser l’écoulement autour de chaque particule et mettre en évidence l’action locale du fluide sur les particules. L’analyse de l’écoulement se fait dans le voisinage de chaque particule. L’analyse par quadrants montre que les éjections sont fortement impliquées dans le transport, notamment dans la montée des particules. Elle indique aussi que certaines particules qui descendent sont dans des éjections. Nous cherchons donc à déterminer pourquoi une éjection est capable ou non de faire monter les particules. On observe que plus le flux de quantité de mouvement (-rho u’v’) des éjections est important, plus les particules montent. Un seuil de suspension, adimensionalisé par (g delta rho d) est déterminé. Il est de l’ordre de 0,5 et est quasiment constant en fonction du nombre de Reynolds, de la hauteur et des caractéristiques des particules. Un modèle conceptuel de transport par suspension dans les éjections est proposé, en fonction du flux de quantité de mouvement autour des particules, de leur position et temps de résidence dans les éjections.

  • Titre traduit

    Experimental study of the role of wall turbulence in sediment transport


  • Résumé

    The role played by wall turbulence in particle transport has been investigated, using Iwo types of experlments. The first ones consist in th study of free surface flows lad en with glass and ceramic beads, with a high rate of suspension transpor. The second ones have been performed in controlled turbulence with a small rate of suspension transport. Ln arder to measure simultaneously the fluid velocity field and the position and the velocity of the beads, we used the Parti cie Image Velocimetry (PlV) method. PlV makes il possible to visualize the whole flow field around the moving parti cl es. The flow analysis was applied in the neighbourhood of each particle. First, the quadrant analysis shows thal the ejections are the most important turbulent events in particle motion. Particularly, the ejections are a dominant mechanism to lift up particles. However, this analysis points out th at sorne particles are falling into ejections. Th us, we investigate why not ali ejections are able to lift up particles. We observed thal a parti cie can be lifted up if the momentum flux (-rho u'v') of the surrounding ejection is enough high. A threshold of suspension is determinated, it is made dimensionless with (g delta rho d) and is about 0. 5. Lt is constant with the height of the particles, the flow Reynolds number and the bead characteristics. We proposed a conceptual mode! of particle transport in ejections. This madel is based on the local momentum flux in the neighbourhood of the ejections, the position of the particles into the ejections and the passed lime of the particles into ejections.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (188 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 171-176

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3312)
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