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Thèse soutenue

Développement et validation de modèles d'évaporation multi-composant

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Auteur / Autrice : Claire Laurent
Direction : Gérard Lavergne, Fabrice Lemoine
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Énergétique et transferts
Date : Soutenance en 2008
Etablissement(s) : Toulouse, ISAE

Résumé

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Dans le cadre de l'étude des écoulements diphasiques gaz-liquide, très présents dans les systèmes propulsifs, les réacteurs nucléaires ou les conduites utilisées pour l'extraction et le transport des produits pétroliers, l'évaporation des gouttes apparaît au cœur de la modélisation physique des phénomènes. Devant le besoin engendré par le développement d'outils de simulation numérique toujours plus performants, l‘enjeu de la thèse était double. Il s'agissait à la fois de contribuer à la validation expérimentale des modèles d'évaporation, mais aussi de proposer de nouvelles méthodes numériques permettant la prise en compte de la composition des gouttes dans les codes de calcul. La validation expérimentale s'est focalisée sur l'étude de la conduction thermique dans les gouttes en évaporation. Le couplage de deux techniques de mesure de température, la Fluorescence Induite par Laser et l'Arc-en-ciel, a ainsi permis d'obtenir des premières estimations de gradients thermiques dans les gouttes. Les campagnes de mesure réalisées ont également contribué au développement de ces techniques grâce à la coopération aveci différents laboratoires travaillant à leur mise au point. Des méthodes numériques ont ensuite été adaptées à la problématique de l'évaporation multi-composant pour permettre la modélisation de la composition des gouttes dans les codes de calcul. La méthode de Quadrature des Moments qui offre un compromis intéressant entre coût de calcul et précision a été retenue en raison de certaines propriétés intéressantes de robustesse. Ces propriétés ont été étudiées et démontrées dans le cas de la modélisation de l'évaporation multi-composant. Par ailleurs, cette méthode a permis de résoudre le cas difficile de la condensation d'un composant volatil sur la goutte, une configuration sur laquelle se heurtent les autres méthodes qui présument la forme de la fonction de distribution associée à la composition de la goutte.