Influence des paramètres hydrodynamiques sur le mélange turbulent de fluides hétérogènes : étude expérimentale et analytique

par Léa Voivenel

Thèse de doctorat en Physique. Mécanique des fluides et énergétique

Sous la direction de Luminita Danaila et de Bruno Renou.

Soutenue le 22-06-2016

à Rouen, INSA , dans le cadre de École doctorale Sciences physiques mathématiques et de l'Information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016) , en partenariat avec Société nationale d'étude et de construction de moteurs d'aviation (France). Usine de Villaroche (Moissy-Cramayel, Seine-et-Marne) (entreprise) , Normandie Université et de COmplexe de Recherche Interprofessionnel en Aérothermochimie (UMR 6614) (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime) (laboratoire) .

Le président du jury était Fabien Anselmet.

Le jury était composé de Luminita Danaila, Bruno Renou, Fabien Anselmet, Mickaël Bourgoin, William George, Michel Cazalens, Patricia Ern, Emilien Varea.

Les rapporteurs étaient Mickaël Bourgoin, William George.

mots clés

• Mélange turbulent
• Fluides hétérogènes
• Paramètres hydrodynamiques
• Viscosité
• Ecoulement turbulent
• Jets -- Fluides, Dynamique des
• Jets -- Viscosité
• Hydrodynamique
• Turbulence
• Fluides, Mécanique des
• Reynolds, Nombre de

Résumé

Comprendre la phénoménologie du mélange turbulent de fluides hétérogènes reste à ce jour l'un des défis majeurs dans le domaine de la turbulence. Contrairement à une croyance répandue, la viscosité a une influence non négligeable sur le mélange. Dans cette étude, nous comparons un jet rond à viscosité constante (CVF) avec un jet à viscosité variable (VVF). Les différences dans la naissance et la croissance de la turbulence sont mises en lumière via l'utilisation de statistiques classiques et conditionnées. Le calcul du coefficient d'entraînement nous permet de montrer que, si un processus d'entraînement classique est à l'oeuvre dans le cas CVF, le mélange est assuré par le detrainment dans le cas VVF. Augmenter le nombre de Reynolds conduit à une apparition plus tardive de ce dernier, ainsi que des effets visqueux en général. Ainsi, une meilleure compréhension du mélange à viscosité variable est nécessaire pour, par exemple, améliorer l'efficacité des systèmes de combustion existants.

mots clés

• Turbulent jet
• Viscosity
• Mixing
• Detrainment
• Simultaneaous S-PIV
• PLIF measurements

Titre traduit

Influence of the hydrodynamic parameters on turbulent mixing of heterogeneous fluids : an analytical and experimental study

Résumé

Understanding the phenomenology associated with heterogeneous mixtures of gases is one of the mort persistent challenges in turbulent mixing. Contrary to what has been thought, it was previously found that viscosity variations have a non-negligible impact on mixing and should be taken into account. In this study, we carry out a comparison between Constant Viscosity Flows (CVF) and Variable Viscosity Flows (VVF), in a round jet. The disparity in the birth and growth of turbulence was highlighted using traditional and conditional statistics. The computation of the entrainment ratio allowed us to conclude that, while a classical entrainment phenomenon is observed for the CVF configuration, the VVF case exhibits a detrainment process. Increasing the Reynolds number leads to a delayed apparition of the latter and of the viscous effects. Thus, a better understanding of the heterogeneous fluid mixing phenomenology is necessary to improve the efficiency of existing combustion systems.