Analyse expérimentale multi-échelles des interactions entre un écoulement et une paroi par PIV et polarographie : application à un jet plan immergé et confiné en impact

par Amine Koched

Thèse de doctorat en Génie des procédés. Mécanique des fluides et des transferts

Sous la direction de Michel Pavageau et de Fethi Aloui.


  • Résumé

    Ce travail consiste en l’étude expérimentale des mécanismes de transferts à l’impact d’un jet plan d’eau immergé, vertical, confiné et turbulent. Ces mécanismes se présentent sous forme de rouleaux tourbillonnaires contrarotatifs évoluant transversalement au plan du jet. Deux techniques de mesures expérimentales ont été utilisées : la PIV, et la polarographie. Dans une première étape, pour bien extraire les structures tourbillonnaires, différents critères de détection de tourbillons ont été testés sur un champ tourbillonnaire analytique étalon. Le critère λ2 a été retenu vu son efficacité. La seconde étape a été consacrée aux mesures expérimentales par PIV et polarographie. Les bruits de mesures sur les champs de vitesse obtenus par PIV ont été filtrés par la technique de POD. La PIV classique a servi à caractériser l’écoulement, en analysant les composantes moyennes et fluctuantes de la vitesse. Ceci a permis, d’une part, de délimiter les différentes régions du jet, et en particulier la zone d’impact, et d’autre part, de caractériser les tourbillons présents dans cette zone (tailles, formes, intensités tourbillonnaires, etc. ). Par la suite, l’étude a été focalisée sur la zone d’impact du jet en utilisant la PIV rapide et l’électrochimie. Les vitesses mesurées par PIV rapide en proche paroi ont permis de caractériser les échelles de turbulence et de se situer par rapport aux lois de paroi. A partir des mesures de vitesse, l’analyse des modes spatiaux POD les plus énergétiques a contribué à localiser les zones les plus sollicitées par les structures tourbillonnaires à l’impact du jet, et où les sondes électrochimiques ont été implantées. En utilisant, la technique électrochimique, nous avons déterminé le gradient pariétal de vitesse dans ces zones. Une synchronisation temporelles entre les techniques de PIV rapide et d’électrochimie a permis de monter la bonne concordance entre les gradients pariétaux et instantanés de vitesse déterminés par ces deux méthodes.

  • Titre traduit

    From MS/MS spectra to protein identification : interpretation of data from shotgun protein analysis in an unsequenced organism


  • Résumé

    This work is an experimental study of transfer mechanisms at the impingement of a plane water submerged vertical confined turbulent jet. Transfers are enhanced at the impingement due to the presence of large-scale turbulent structures appearing in the form of elongated cell rolls, whose main axis is perpendicular to the midplane of the jet. Two experimental measurement techniques were used in this study: PIV (low and high-speed) and electrochemical method (polarography). In the first part of this study, we tested and calibrated different vortex detection criteria on a standard analytical velocity field. Among these criteria, the function λ2 was found to correctly detect the centre core of vortices. The second part of this work was devoted to experimental measurements by PIV and polarography. Noise measurements on the velocity fields obtained by PIV were filtered by the POD technique. Standard PIV technique was used to characterize the flow by analyzing the mean and turbulent components of velocity. This allowed, firstly, delineating the different regions of the jet, particularly the impingement region, and secondly, characterizing the vortices in this region (size, shape, vortical intensity, etc. ). Subsequently, the study was focused on the impingement region of the jet using high-speed PIV and electrochemical method. The velocity field in the vicinity of the impingement surface was examined. The applicability of the wall laws on the target surface was checked. The analysis of the most energetic spatial modes issued from velocity field decomposition by POD, showed the most sheared positions at the impingement plate. Shear wall stress was evaluated at these positions using polarography technique. Subsequently, synchronized measurements show a good agreement between high-speed PIV and electrochemical techniques for the evaluation of the wall shear stresses.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (251 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 241-251.

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. BU Sciences.
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