Investigations expérimentales et modélisations numériques par la méthode de Lattice Boltzmann (LBM) pour l'étude des transferts dans les écoulements tourbillonnaires

par Wafik Abassi

Thèse de doctorat en Génie des Procédés, Mécanique des fluides et transferts

Sous la direction de Fethi Aloui et de Sassi Ben Nasrallah.

Le président du jury était François Monnoyer de Galland.

Le jury était composé de Fethi Aloui, Sassi Ben Nasrallah, François Monnoyer de Galland, Mohamed Souhar.

Les rapporteurs étaient Mohamed Souhar.


  • Résumé

    Ce travail numérique et expérimental, porte sur l’étude des instabilités et sur les transferts dans deux configurations d’écoulements tourbillonnaires : Le sillage derrière un obstacle et l’écoulement de Couette-Taylor. Une simulation numérique, basée sur la méthode de « Lattice Boltzmann » (LBM), a été développée pour étudier la dynamique de l’écoulement confiné autour d’un obstacle dans une configuration géométrique 2D et 3D. Une extension de ce code a été effectuée pour simuler le transfert de masse pariétal. Par la suite, des investigations expérimentales sur les mécanismes de transferts dans le sillage d’un obstacle et dans un écoulement de Couette-Taylor ont été réalisées. Les résultats obtenus ont été comparés à ceux de la simulation numérique, validant ainsi notre code développé et mettant en valeur la performance de la méthode LBM. Des résultats expérimentaux qualitatifs (visualisations) et quantitatifs (PIV et polarographie) ont été mis en place pour caractériser les écoulements tourbillonnaires étudiés. Un posttraitement des mesures réalisées par PIV, utilisant des critères de détection et la POD, a été développé. La méthode polarographique, au moyen de sondes simples et une tri-segmentée, a été utilisée pour la détermination du gradient pariétal de vitesse. Une synchronisation entre les mesures obtenues par PIV et celles déterminées par la polarographie, a permis de mieux comprendre les interactions spatiotemporelles entre les tourbillons et les parois.

  • Titre traduit

    Experimental investigations and numerical simulations using the Lattice Boltzmann Method (LBM) fot the study of transferts in vortex flows


  • Résumé

    The numerical and experimental work focuses on the study of instabilities and transfers in two configurations of vortex flows: The wake behind an obstacle and Taylor-Couette flow. A numerical simulation based on the method of "Lattice Boltzmann" (LBM) has been developed to study the dynamics of the confined flow around an obstacle in a 2D and 3D geometry. An extension of this code was performed to enable the wall shear stress simulations (mass transfer). Thereafter, experimental investigations of the mass transfer mechanisms in the wake of an obstacle and in a Taylor-Couette flow were initiated. The results were compared to that obtained by simulation (LBM). The main objective is to check the validity of the developed code and to highlight the LBM performances. Experimental results, qualitative (visualizations) and quantitative (PIV and polarography) were performed to characterize the vortex flows studied. A post-processing of PIV measurements, using vortex detection criteria and POD method were has developed. The polarographic technique, through single probes and one tri-segmented sensor, has contributed to the determination of the wall shear stress. Synchronization between PIV measurements and polarography method, was carried out to understand the spatiotemporal interactions between vortices and the walls.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (256 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr p. 235-240

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. BU Sciences.
  • Disponible pour le PEB
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