Étude et modélisation du comportement d'un écoulement annulaire dispersé : application à la mesure de débit de gaz humide à l'aide d'un débitmètre à Venturi

par Alexandre Lupeau

Thèse de doctorat en Dynamique des fluides

Sous la direction de Pierre Gajan.

Soutenue en 2005

à École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse ; 1972-2007) .

mots clés

• Venturi
• Comptage
• Écoulement annulaire dispersé
• Gaz humide
• Film liquide
• Débitmètres -- Thèses et écrits académiques
• Gaz -- Écoulement -- Thèses et écrits académiques
• Gouttes -- Thèses et écrits académiques
• Modèles mathématiques -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Le travail proposé a pour but d'apporter des éléments de compréhension sur le comportement d’un débitmètre gaz sec de type Venturi en configuration d'écoulement annulaire dispersé (gaz humide). Ce type d'écoulement se présente sous la forme d’un mélange gaz/liquide avec des fractions volumiques de gaz supérieures à 99%. Le liquide se répartit à l'intérieur des conduites sous forme de gouttes et d'un film ruisselant sur les parois. Ce sont les interactions entre le gaz et ces différents constituants qui influencent l'erreur de mesure du débitmètre due à la présence du liquide. Pour pouvoir modéliser correctement cette erreur, une étude paramétrique est mise en place en conditions simplifiées (étude à basse pression, avec de l’air et de l'eau, orientation verticale descendante). Des moyens d’essais sont mis en place afin de générer des écoulements parfaitement calibrés en entrée de compteur. Une caractérisation fine de l'écoulement amont (distribution de la phase liquide dans la conduite, épaisseur du film liquide en paroi, forme de l'interface, taille et vitesse des gouttes) couplée a des mesure de pression différentielle entre l'amont du débitmètre et le col, a été réalisée. À partir des informations recueillies, les paramètres et lois de fermetures les plus pertinents sont sélectionnés pour élaborer un modèle physique décrivant le comportement du Venturi. Ce dernier est basé sur une écriture monodimensionnelle des équations de conservations de masse et de quantité de mouvement pour chaque phase. La comparaison entre les résultats du modèle et les données expérimentales donne des résultats satisfaisants. De plus, l'étude de la contribution des différents phénomènes pris en compte par le modèle apporte un éclairage nouveau sur les mécanismes qui contrôlent le comportement du compteur. Ainsi, les phénomènes d’atomisation de film au niveau de la jonction convergent/col apparaît comme déterminants.

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