Etude par simulation numérique directe du comportement et de la dispersion de particules solides en écoulement non homogène isotherme ou anisotherme

A study of the behavior and dispersion of solid particles in an isothermal or non isothermal inhomogeneous turbulent flow using direct numerical simulation

• Auteur / Autrice : Boris Arcen
• Direction : Benoît Oesterlé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique. Énergétique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques - Polytech Nancy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique des fluides

Milieux hétérogènes (physique)

Simulation par ordinateur

Écoulement diphasique

Résumé

Le travail présenté dans ce mémoire concerne l'étude du mouvement d'inclusions solides en suspension dans un écoulement turbulent de canal isotherme et anisotherme par simulation numérique directe. Grâce à cet outil de simulation, nous avons pu analyser l'influence de l'inertie et du croisement de trajectoires sur les caractéristiques dynamiques et thermiques de la phase dispersée ainsi que sur celles du fluide vu au sein d'une turbulence non homogène. Cela pourra notamment faciliter le développement futur des modélisations euléro-lagrangienne et euléro-eulérienne dans ce type de turbulence. Nous avons essayé d'examiner au mieux la conséquence de ces effets sur les statistiques de la phase dispersée telles que la concentration, la moyenne et l'écart type de la vitesse, les covariances fluide-particules, les corrélations triples de la vitesse des particules. Parallèlement à cela, les caractéristiques du fluide vu par les particules ont été étudiées, nous nous sommes intéressés à la vitesse de dérive, aux tensions de Reynolds du fluide vu, et la décorrélation temporelle des fluctuations de la vitesse du fluide vu. En ce qui concerne la partie thermique, nous présentons les statistiques thermiques de la phase dispersée et du fluide vu par les particules au sein de l'écoulement anisotherme vertical descendant. Tous ces aspects sont développés en gardant à l'esprit le cadre général de cette étude, c'est-à-dire comprendre le comportement thermique de la phase dispersée et fournir des informations concernant des grandeurs importantes intervenant dans la modélisation de tels écoulements.

This dissertation is devoted to the investigation of the motion of solid particles in an isothermal and non isothermal inhomogeneous turbulent gas flow using direct numerical simulation. By means of this numerical tool, it was possible to analyse the inertia and crossing trajectory effects on the thermal and dynamical characteristics of the dispersed phase as well as on those of the fluid seen. A better understanding of the influence of these two effects is an important issue in the development of Eulerian-Eulerian and Eulerian-Lagrangian models. The study was conducted by extracting dispersed phase statistics such as concentration, mean and root mean square of the particle velocity, fluid-particle covariances, and triple particle velocity correlations. The characteristics of the fluid seen which were examined are the drift velocity, the Reynolds stresses, and the decorrelation time scales of the fluctuating velocity of the fluid seen. Concerning non isothermal flows, we present the thermal statistics of the dispersed phase as well as those of the fluid seen obtained in a downward channel flow. These aspects are investigated keeping in mind the objective of the present study, i. E. Understand the thermal behaviour of the dispersed phase and provide information about crucial parameters which appear in the modelling of such flows.