Couplage fluide-solide appliqué à l’étude de mouvement d’une sphère libre dans un tube vertical

par Thibaut Deloze

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Jan Dusek.

Soutenue en 2011

à Strasbourg .


  • Résumé

    La présente thèse porte sur l'étude de la trajectoire d'une sphère en chute libre dans un tube rempli d'un fluide newtonien au repos. Ce sujet est motivé par la compréhension des phénomènes liés au transport des particules, avec un intérêt particulier aux interactions entre le sillage de la sphère et une paroi. Le transport des particules intervient dans de nombreux domaines, tels que la trajectoire des particules thérapeutiques dans les poumons, la trajectoire des particules de carburant et la trajectoire de réactifs chimiques dans les lits fluidisés. Les simulations sont rendues possibles par le développement de la méthode chimère (gestion des grilles superposées) implémentée dans un solveur des équations de Navier-Stokes (logiciel NSMB). La méthode chimère développée est rapide, automatique et parallèle et elle est validée sur plusieurs cas tests fixes et mobiles. Cette méthode est d'abord appliquée sur la sphère en translation uniforme dans un tube. Les états trouvés sont similaires à ceux décrits pour une sphère non-confinée. Ensuite, la méthode est utilisée pour l'étude d'une sphère en chute libre dans un tube. Trois types de trajectoires apparaissent dans la gamme étudiée: une chute verticale le long de l'axe du tube, une trajectoire hélicoïdale (pas de lâcher tourbillonnaire en aval de la sphère) et une trajectoire hélicoïdale avec un rayon variable (écoulement avec lâchers tourbillonnaires).

  • Titre traduit

    Fluid-solid applied to the study of free falling sphere in a vertical tube


  • Résumé

    The thesis deals with the trajectory of a sphere falling in a tube filled with a Newtonian fluid at rest. This topic is motivated by the understanding of phenomena related to particle transport, including the interactions between the wake downstream of the particle and a wall nearby. The particle transport is widespread in many areas, such as the trajectory of the therapeutic particles in the lungs, the trajectory of the fuel particles and the trajectory of chemical reagents in fluidized beds. The simulations are made possible by the development of the chimera method (management of overlapped grids) implemented in a solver of the Navier-Stokes equation (NSMB software). The developed chimera method is fast, automatic and parallel and it is validated on several static and moving flow cases. This method is firstly applied on the sphere in uniform translation in a tube. The states are similar to the flow past a sphere in infinity area (without wall tube influence). Then the method is performed for the free falling sphere in a tube. Three kinds of trajectory appear in the studied range: a vertical fall along the axis tube, an helical trajectory (no vortex shedding downstream of the sphere) and an helical path with a unsteady radius (flow with vortex shedding).

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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (163 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 155-163

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Danièle Huet-Weiller.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2011;0999
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