Étude expérimentale des écoulements polyphasiques : phénomènes interfaciaux

par Mohammed Kemiha

Thèse de doctorat en Génie des procédés et des produits

Sous la direction de Huai Zhi Li.

Soutenue en 2006

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .

mots clés

• Piv
• Sillage négatif
• Bulle torique
• Fluides non newtoniens
• Écoulement polyphasique
• Interfaces liquide-liquide

Résumé

Ce travail est consacré à l'étude expérimentale des écoulements diphasiques et triphasiques d'inclusions en milieux tant newtoniens que non newtoniens à l'échelle microscopique et mésoscopique, en utilisant la vélocimétrie par images des particules (PIV) et la visualisation par une caméra rapide. En milieu viscoélastique et rhéofluidifiant, nous avons caractérisé l'écoulement autour d'une inclusion isolée (gazeuse ou solide) par l'obtention de champs de vitesses. Ces résultats ont permis de confirmer l'origine viscoélastique du sillage négatif et de prédire ses caractéristiques. De nouveaux scénarios de coalescence entre deux bulles dans un train ont aussi été mis en évidence. La traversée d'une interface liquide–liquide par une inclusion a été abordée par des expériences originales, permettant de décrire la dynamique du phénomène et de définir ses nombres adimensionnels dans le cas d'une bulle, et de mettre en évidence des instabilités interfaciales dans le sillage d'une inclusion solide. Enfin, des bulles toriques dans l'eau ont été étudiées expérimentalement de la formation, l'ascension jusqu'à la fragmentation

Titre traduit

Experimental study of the multiphase flows : interfacial phenomena

Résumé

The present work was devoted to the experimental study of the multiphase flow around inclusions in both Newtonian and non-Newtonian media at respectively microscopic and mesoscopic scales, by means of the particle image velocimetry (PIV) and fast camera visualization. In viscoelastic and shear-thinning fluids, we characterized the flow around an isolated inclusion (gas or solid) by performing the measurements of velocity fields. These results were used to confirm the viscoelastic origin of the negative wake and to describe its characteristics. New coalescence scenarios between two bubbles in a bubble train were also highlighted. The deformation of a liquid-liquid interface due to the passage of an inclusion was investigated by original experiments. The results thus obtained permitted to describe the dynamics of the phenomenon and to define its dimensionless numbers in the case of a bubble, and to put into evidence interfacial instabilities in the wake of a solid inclusion. Lastly, the ring bubbles in water were studied experimentally from the formation, the rise until their fragmentation