Analyse de la structure et de la dynamique des écoulements de cavitation

par Guangjian Zhang

Projet de thèse en Energétique

Sous la direction de Olivier Coutier-Delgosha.

Thèses en préparation à Paris, HESAM , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec LMFL Laboratoire de Mécanique des Fluides de Lille (laboratoire) depuis le 28-10-2016 .


  • Résumé

    La cavitation est la vaporisation partielle d'un liquide dans des conditions de fonctionnement spécifiques de pompes et autres machines tournantes (débit partiel, vitesse de rotation élevée ...). Il provoque l'érosion des lames, ainsi que des vibrations et des chutes de performance, tous les phénomènes qui peuvent être très préjudiciables pour l'équipement. Les progrès dans la compréhension des mécanismes physiques sont ralentis par la complexité du phénomène, qui est multiscalaire, turbulent et instable. La bulle de cavitation rend le mélange liquide / vapeur opaque, donc des techniques optiques standard ne peuvent pas être appliquées pour étudier la partie interne de la zone de cavitation. Des techniques expérimentales originales basées sur l'imagerie aux rayons X et LIF PIV (Velocimétrie par particules avec particules fluorescentes) ont été développées récemment à l'ENSAM Lille pour mesurer les champs de vitesse dans les phases liquide et vapeur et visualiser les interfaces bulles dans la zone de cavitation . Dans ce contexte, le doctorant concentrera son travail sur la caractérisation de la dynamique des flux liquide / vapeur à l'intérieur des zones de cavitation. Les propriétés de la turbulence en phase liquide seront étudiées et la morphologie du flux diphasique sera analysée. On s'attend à ce que les corrélations entre le flux liquide et la structure biphasique locale améliorent la compréhension des interactions entre liquide et vapeur, avec pour objectif final d'obtenir une meilleure modélisation physique et numérique de ce phénomène complexe.

  • Titre traduit

    Analysis of the structure and dynamics of cavitating flows


  • Résumé

    Cavitation is the partial vaporization of a liquid in specific operation conditions of pumps and other rotating machinery (partial flow rate, high rotation speed…). It causes the erosion of the blades, as well as vibrations and performance drops, all phenomena that may be very detrimental for the equipment. Advances in the understanding of the physical mechanisms are slowed down by the complexity of the phenomenon, which is multiscale, turbulent and unsteady. The cavitation bubble make the liquid/vapor mixture opaque, so standard optical techniques can not be applied to investigate the inner part of the cavitation area. Original experimental techniques based on X-ray imaging and LIF PIV (Particle Image Velocimetry with fluorescent particles) have been developed recently at ENSAM Lille to measure the velocity fields within the liquid and vapor phases, and also to visualize the bubble interfaces in the cavitation area. In this context, the PhD student will focus his work on the characterization of the dynamics of the liquid/vapor flows inside the cavitation areas. The properties of the turbulence in the liquid phase will be investigated, and the morphology of the two-phase flow will be analyzed. Correlations between the liquid flow and the local two-phase structure are expected to improve the understanding of the interactions between liquid and vapor, with the final objective to obtain a better physical and numerical modeling of this complex phenomenon.