Aerodynamique des vannes papillon : analyse des interactions fluide-structure

Aerodynamic of butterfly valves : analyze of fluid-structure interactions

• Auteur / Autrice : Frédéric Danbon
• Direction : Pierre Le Cloirec, Camille Solliec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Thermique, énergétique et génie des procédés
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Nantes
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : École nationale supérieure des mines (Nantes ; 1990-2016)

Résumé

Ce travail concerne l'etude aerodynamique et l'analyse des interactions fluide structure d'une vanne papillon montee en aval immediat d'un coude a 90\ dans une canalisation cylindrique. Une caracterisation essentiellement experimentale des efforts et du couple s'exercant sur l'axe des vannes papillon de grandes tailles permet d'identifier et d'analyser les causes du flottement apparaissant dans certaines applications industrielles. Les essais sont effectues sur un banc d'essais specifique a echelle reduite concu et realise a cet effet et fonctionnant en air. Une simulation numerique 3d en regime stationnaire de l'ecoulement permet de completer qualitativement les resultats experimentaux, mais reste subordonnee a une validation experimentale. L'ecoulement autour d'une vanne papillon est complexe, fortement tridimensionnel et instationnaire. Il depend particulierement du regime d'ecoulement, de la geometrie du circuit amont, de la forme de la vanne et de l'angle d'ouverture. Les performances en terme de couple moyen et instantane et de coefficients de perte de charge de quatre vannes de geometries distinctes ont ete analysees. Les caracteristiques structurelles de l'ecoulement induites par la presence du coude sont etudiees par anemometrie a fil chaud et par velocimetrie par imagerie de particules. Leurs influences sur le flottement de l'obturateur a la pleine ouverture situe a proximite du coude sont demontrees. Le couple moyen apparait peu sensible aux modifications geometriques du circuit amont. Cependant, les fluctuations instantanees de couple enregistrees en presence du coude sont tres importantes et diminuent lors de l'augmentation de la distance vanne / coude. L'analyse spectrale de ces signaux fait apparaitre des niveaux d'energie beaucoup plus importants qu'en canalisation rectiligne, sur une large bande de frequences. Des methodes visant a limiter le flottement observe en presence du coude sont suggerees.