Dispersion turbulente et déposition de gouttes d'eau : expérimentation et modélisation numérique

par Sylvain Aguinaga

Thèse de doctorat en Mécanique des milieux fluides

Sous la direction de Jacques Borée et de Olivier Simonin.

Soutenue en 2008

à Poitiers .


  • Résumé

    Cette étude porte sur les mécanismes physiques responsables de la dispersion et de la déposition de gouttes d’eau dans un écoulement turbulent. Les applications industrielles sont nombreuses, par exemple, l’interaction des gouttes d’eau avec l’aérodynamique externe et sous capot d’une automobile. L’étude s’articule autour d’une double approche numérique et expérimentale. La principale difficulté pour la modélisation réside dans l’interaction des gouttes avec la turbulence. En proche paroi, cette interaction conditionne fortement la déposition des gouttes. Les lois de paroi utilisées dans des configurations complexes induisent une erreur sur la simulation du flux de gouttes déposé. Un modèle est proposé en ce sens. Il est dérivé sous forme de conditions aux limites dans les deux codes retenus pour cette étude : Fluent (approche Euler/Lagrange) et Neptune_CFD ( approche Euler/Euler). Un nouveau modèle de compréhension est également développé. Ces modèles sont tout d’abord évalués dans une configuration de canal plan 2D. Une base de données expérimentale sur l’écoulement d’extension brusque axisymétrique est constituée. La dispersion des gouttes est mesurée avec des méthodes optiques PIV et PTV. Une nouvelle méthode pour la mesure de la déposition, basée sur la fluorescence d’un colorant sous lumière UV, a été développée. L’analyse physique des résultats expérimentaux et numériques permet de dégager les mécanismes responsables de la dispersion et de la déposition des gouttes dans un écoulement complexe typique de l’aérodynamique automobile. Elle permet également d’évaluer les modèles numériques développés et existants.

  • Titre traduit

    Droplets turbulent dispersion and deposition


  • Résumé

    This study is about droplets dispersion and deposition in turbulent flows. This problem has many industrial applications such as the aerodynamics of road vehicles (external and underhood flows). Both numerical and experimental approach are considered. The turbulent interaction of droplets with the fluid is the main problem in discrete phase models. Close to the wall, this interaction governs the deposition mechanisms. The wallfunctions for turbulence affect the deposition at the wall. A model is then presented and leads to new boundary conditions for deposition in two CFD codes : Fluent (Euler/Lagrange approach) and Neptune_CFD (Euler/Euler approach). Another comprehensive model is also developed. They are first applied in a 2D channel flow. An experimental database for the axisymmetric sudden expansion is presented. The droplets dispersion is measured using PIV and PTV. A new method for wall deposition measurements, based on a fluorescent dye under UV illumination, is developed. The analysis of both experimental and numerical results highlights the mechanisms for droplets dispersion end deposition in a complex turbulent flow relevant to automotive issues. It also allows assessing numerical models in such a configuration.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XII-258 p.)
  • Notes : Thèse confidentielle jusqu'au 30 septembre 2013
  • Annexes : Bibliogr. 75 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Poitiers. Service commun de la documentation. Section Sciences, Techniques et Sport.
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