Étude d'écoulements fluide-particules hors du régime de Stokes

par Corinne Bounhoure

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Alain Merlen et de Yves Brunet.

Soutenue en 2003

à Lille 1 .

mots clés

• Écoulement diphasique
• Interfaces solide-liquide
• Instabilités hydrodynamiques

Résumé

On présente une étude expérimentale du comportement de particules solides sphériques chutant dans un fluide dans un domaine d'écoulement où les effets d'inertie ne peuvent pas être négligés. Ces écoulements de canal sont sédimentaires, de transition ou de type avalanche. L'adaptation de l'indice de réfraction entre le fluide et les billes, réalisée afin de vaincre l'opacité du mélange, permet la visualisation tridimensionnelle des trajectoires de billes test filmées à l'aide d'une caméra vidéo. La méthode revient à un suivi de particules de type P. T. V. Qui fournit les vitesses, les flux, etc, de la phase solide. Un traitement statistique permet d'obtenir la densité de probabilité de certaines grandeurs. Ainsi, deux méthodes d'évaluation de la fraction volumique locale de phase solide ont été élaborées et validées sur les différents types d'écoulements engendrés par le dispositif expérimental. Dans les écoulements sédimentaires, des répartitions non maxwelliennes de vitesse ont été observées et expliquées par un modèle de physique statistique modélisant l'effet des sillages sur les particules. Enfin, une étude phénoménologique des lits de billes chutant dans un canal incliné a été réalisée. On y observe en particulier une instabilité de l'interface lit-fluide qui s'explique assez bien par une instabilité de type Kelvin-Helmholtz.

Titre traduit

Study of fluid-particles flow with inertial effects

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