Contribution à l'étude des fontaines turbulentes

par Rabah Mehaddi

Thèse de doctorat en Mécanique et physique des fluides

Sous la direction de Olivier Vauquelin et de Fabien Candelier.

Le président du jury était Emmanuel Villermaux.

Le jury était composé de Olivier Vauquelin, Fabien Candelier, Édouard Kaminski, Christophe Clanet.

Les rapporteurs étaient Édouard Kaminski, Christophe Clanet.


  • Résumé

    Une fontaine peut se créer quand la flottabilité d'un rejet vertical s'oppose à sa quantité de mouvement. Ce type d'écoulement connaît beaucoup d'applications que ce soit dans la nature (panaches issus des éruptions volcaniques) ainsi que dans l'industrie du bâtiment (chauffage et refroidissement) ou dans le domaine des risques (rejets accidentel de gaz lourd). Dans cette thèse, nous nous focalisons sur l'étude des fontaines turbulentes miscibles. Dans le premier chapitre nous reformulons le modèle théorique de Morton et al. (1956) pour traiter le cas des fontaines en milieu linéairement stratifié. La résolution de ce modèle permet d'obtenir des relations analytiques pour la hauteur de la fontaine et sa hauteur d'étalement. Ce modèle est, par la suite, étendu au cas des panaches et des jets turbulents en milieu linéairement stratifié. Dans le second chapitre, nous proposons un modèle théorique permettant d'étudier une fontaine turbulente miscible en régime établi. Pour calibrer ce modèle, des simulations numériques aux grandes échelles (LES) sont utilisées pour obtenir une estimation des valeurs des constantes associées aux phénomènes d'échanges turbulents entre les parties ascendante et descendante de la fontaine. L'objectif du dernier chapitre est d'apporter, à partir d'expérimentations en laboratoire, des informations quantitatives sur l'influence de forts écarts de masses volumiques dans les écoulements de type fontaine. Les expériences sont réalisées pour des fontaines gazeuses (mélange air/hélium) en régime établi.

  • Titre traduit

    Turbulent miscible fountains


  • Résumé

    A fountain can occur when the buoyancy of a vertically released fluid opposes its momentum. Such flows have many applications in nature (plumes issuing from volcanic eruption), building industry (cooling or heating) or in the area of risk management (accidental release of heavy dangerous gas). In this thesis, we focus on the study of miscible turbulent fountains. In the first chapter, we revisit the theoretical model of Morton et al. (1956) to handle the case of fountains in linearly stratified fluid. The resolution of this model allows us to obtain analytical relations for the fountain height as well as the spreading height of its horizontal layer. This model is subsequently extended to the case of turbulent jets and plumes in linearly stratified fluid. In the second chapter, we propose a theoretical model for the study of a turbulent miscible fountain in a steady state. To calibrate this model, large eddy simulations (LES) are used to obtain an estimate of the values of the constants associated with the additional terms appearing in the equations. The objective of the final chapter is to provide, from laboratory experiments, quantitative information on the influence of strong density differences on the behaviour of a turbulent fountain. These experiments shows that all the classical relations valid for the Boussinesq case can be extended to the non-Boussinesq case by using an appropriate definition of the Froude number.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (IX-80 p.)
  • Annexes : Bibliographie p. 77-80

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  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille (Marseille. Saint-Jérôme). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 200084947
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