Modélisation numérique stochastique des rebonds de particules sur parois rugueuses

Numerical stochastic modeling of particle rebounds on rough walls

• Auteur / Autrice : N'Dri Arthur Konan
• Direction : Olivier Simonin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement diphasique

Mots clés libres

Shadow Effect

Paroi rugueuse

Résumé

Les interactions particules-paroi constituent un important mécanisme partiellement compris dans le cadre des écoulements turbulents diphasiques confinés et à inclusions dispersées. Pour les particules inertielles dont le mouvement est fortement influencé par les rebonds avec la paroi, la bonne prise en compte de ces interactions est cruciale pour une prédiction correcte des propriétés statistiques de l'écoulement. Une première étape à la compréhension des interactions particules/paroi a été de considérer des parois lisses. Cette hypothèse a permis non seulement l'élaboration de base de données de référence, mais aussi la mise en exergue des mécanismes intervenant au cours de ces rebonds et a conduit au développement de modèles eulériens pour les parois lisses (Sakiz & Simonin, 1999). Des investigations expérimentales récentes (Kussin & Sommerfeld, 2004 ; Benson et al. , 2005) en canal montrent d'importantes modifications des propriétés statistiques de la phase dispersée d'un écoulement turbulent gaz-particules en raison de la rugosité des parois. Pour modéliser les collisions de particules avec une paroi rugueuse, le mécanisme de "Shadow Effect" proposé par Sommerfeld & Huber (1999), est le modèle lagrangien le plus satisfaisant en comparaison avec l'expérience. Dans le cadre de cette thèse, sa mise à contribution pour la dérivation de conditions aux limites eulériennes à la paroi s'est heurtée à un problème de fermeture lié aux très grands nombres de particules rasantes après le rebond, générées par ce modèle. [. . . ]

Particle/wall interactions constitute an importantmechanism, that is partially understood in confined two-phase turbulent flows. For inertial particles whose motion is strongly influenced by the rebound from the wall, the correct accounting of particle-wall interactions is crucial in order to more accurately predict properties of the dispersed flow. In order to gain a basic understanding of the controlling mechanisms, research has been mostly directed toward particle bouncing on smooth walls. This assumption allowed not only the development of benchmark database, but also the highlighting of mechanisms which occur during these rebounds, and has provided a basis for the derivation of sophisticated wall boundary conditions for the first-order moments of the dispersed phase (Sakiz & Simonin, 1999). Recent measurements (Kussin & Sommerfeld, 2004 ; Benson et al. , 2005) in channel flow have shown that wall roughness has a strong effect on dispersed phase properties. To model particle/rough wall collisions, the "Shadow Effect" mechanism, suggested by Sommerfeld & Huber (1999), is the most satisfactory Lagrangian model by comparison to measurements. In the framework of this thesis, its application for derivation of the wall Eulerian boundary conditions failed because of important number of grazing particles generated by the "Shadow EffectModel". [. . . ]