Book Description
NOUS AVONS CARACTERISE, DANS CE MEMOIRE, LA STRUCTURE TOURBILLONAIRE TURBULENTE D'UN ECOULEMENT ASYMETRIQUE ENGENDRE PAR UNE ENTREE TANGENTIELLE ENTRE DEUX CYLINDRES COAXIAUX. L'ANALYSE DES VALEURS MOYENNES ET FLUCTUANTES DU GRADIENT DE VITESSE SUR LES PAROIS INTERNE ET EXTERNE REVELE LA COMPLEXITE ET LE CARACTERE FORTEMENT TRIDIMENSIONNEL DE L'ECOULEMENT A LA BASE DE LA CELLULE. L'ENTREE TANGENTIELLE ENGENDRE UN MOUVEMENT PRINCIPAL DE TYPE HELICOIDAL, DONT LE CENTRE EST DECALE DE L'AXE DE LA CELLULE. L'ECOULEMENT AU VOISINAGE DE LA PAROI INTERNE EST CARACTERISE PAR LA FORMATION D'UNE ZONE DE RECIRCULATION A L'INTERIEUR DE LAQUELLE SE DEVELOPPE DES INSTABILITES CENTRIFUGES, SOUS L'EFFET DE LA COURBURE DE LA PAROI CONVEXE. AU VOISINAGE DE LA PAROI EXTERNE, L'ECOULEMENT EST CARACTERISE PAR UN GRADIENT DE VITESSE, ET DONC UNE VITESSE LOCALE, PLUS ELEVE COMPARATIVEMENT A LA PAROI INTERNE. PAR CONTRE, LE FAIBLE NIVEAU DES CARACTERISTIQUES TURBULENTES, PRES DE LA PAROI EXTERNE, SEMBLENT INDIQUER UN PHENOMENE DE LAMINARISATION DE L'ECOULEMENT TOURBILLONNAIRE. L'ANALYSE SPECTRALE DES FLUCTUATIONS OU GRADIENT DE VITESSE EST OBTENUE A PARTIR DES SIGNAUX ISSUS DES SONDES ELECTROCHIMIQUES EN UTILISANT UNE FONCTION DE TRANSFERT QUI TIENT COMPTE DES AMORTISSEMENTS DES FLUCTUATIONS HYDRODYNAMIQUES DANS LA COUCHE LIMITE DIFFUSIONNELLE. L'ETUDE DU TRANSFERT DE MATIERE GLOBAL SUR LES DEUX PAROIS A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE L'INFLUENCE DE L'AUGMENTATION DE LA VITESSE LOCALE SUR LE TRANSFERT DE MATIERE, TOUT PARTICULIEREMENT SUR LA PAROI EXTERNE. L'EVOLUTION DE LA DECROISSANCE AXIALE DU TRANSFERT DE MATIERE GLOBAL SUR LE CYLINDRE EXTERIEUR EST DIRECTEMENT LIE A CELLE DE L'INTENSITE TOURBILLONNAIRE DE L'ECOULEMENT NON ENTRETENU. LA TRIDIMENSIONALITE DE L'ECOULEMENT A LA BASE DE LA CELLULE EST EGALEMENT MISE EN EVIDENCE PAR LA DIFFERENCE IMPORTANTE ENTRE LES COEFFICIENTS DE TRANSFERT DE MATIERE SUR LES DEUX PAROIS. LES COEFFICIENTS SUR LA PAROI INTERNE SONT PRATIQUEMENT DEUX FOIS PLUS FAIBLES QUE CEUX OBTENUS SUR LA PAROI EXTERNE. UNE ETUDE DES PERTES DE CHARGE GLOBALES DE LA CELLULE EST ENSUITE REALISEE AFIN D'EVALUER LA RENTABILITE, D'UN POINT DE VUE ENERGETIQUE, DU DISPOSITIF.
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Dans ce mémoire, nous avons caractérisé l'écoulement tourbillonnaire non entretenu (Swirl flow) généré par une entrée tangentielle dans un espace annulaire cylindrique. Nous avons déterminé le transfert de matière global engendre par ce type d'entrée. Le transfert peut être supérieur a 300% par rapport a celui mesure en écoulement axial établi. L’étude de l'influence des différents paramètres a permis de déterminer une corrélation générale pour ce type d'écoulement. L’augmentation du transfert de matière s'accompagne d'un accroissement des pertes de charge, que nous avons évalué en mesurant le gradient pariétal de vitesse par une méthode électrochimique. Par comparaison des critères énergétiques, bases sur le transfert de matière et les pertes de charge, entre l'écoulement tourbillonnaire et l'écoulement axial établi, nous avons estime le gain énergétique réel du aux tourbillons. Par ailleurs, les mesures du gradient pariétal de vitesse ont révélé la présence d'une zone de recirculation à la base de la cellule, a proximité du cylindre intérieur. Afin d'observer le comportement des lignes de courant sur les deux parois, nous avons effectue une visualisation pariétale par taches de peinture, dite « Dot-Paint method ». Elle a permis de confirmer l'existence d'une zone de recirculation et la structure tridimensionnelle de l'écoulement. Enfin, en utilisant la fonction de transfert des sondes électrochimiques, nous avons évalué l'intensité turbulente du gradient pariétal de vitesse sur le cylindre intérieur de la cellule. L’intensité turbulente est très élevée près de l'entrée tangentielle, puis décroît vers le sommet de la cellule. L’analyse spectrale des fluctuations du gradient de vitesse a par ailleurs confirme le caractère tridimensionnel de l'hydrodynamique au voisinage de l'entrée tangentielle
Author: SEVERINO RODRIGUES.. DE FARIAS NETO Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 270
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CE TRAVAIL CONCERNE LA MODELISATION NUMERIQUE DE L'HYDRODYNAMIQUE ET DU TRANSFERT DE MATIERE DE DEUX ECOULEMENTS ANNULAIRES LAMINAIRES : L'ECOULEMENT AXIAL NON-ETABLI ET L'ECOULEMENT TOURBILLONNAIRE NON-ENTRETENU INDUIT PAR UNE ENTREE TANGENTIELLE. DANS LES DEUX CAS, LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES ET DE DIFFUSION-CONVECTION DE LA MATIERE SONT RESOLUES A L'AIDE DU CODE AUX ELEMENTS FINIS FIDAP. EN ECOULEMENT AXIAL NON-ETABLI, LES CHAMPS DE VITESSE PREDITS NUMERIQUEMENT SONT EN ACCORD AVEC LES DONNEES DISPONIBLES DANS LA LITTERATURE. NOUS AVONS NOTAMMENT CONFIRME LE FAIT QUE LE PROFIL DE LA COMPOSANTE AXIALE DE VITESSE EST CARACTERISE PAR DEUX PICS AU VOISINAGE DE CHACUN DES CYLINDRES DE L'ESPACE ANNULAIRE. CE PHENOMENE EST PRINCIPALEMENT DU A LA DIFFUSION LONGITUDINALE DE LA QUANTITE DE MOUVEMENT. LA RESOLUTION DE L'EQUATION DE DIFFUSION-CONVECTION NOUS A PERMIS D'EXPLICITER L'INFLUENCE DU TERME DE DIFFUSION LONGITUDINALE DE LA MATIERE QUI DOIT ABSOLUMENT ETRE PRIS EN COMPTE POUR UNE PREDICTION CORRECTE DU TRANSFERT DE MASSE EN REGIMES HYDRODYNAMIQUE ET DIFFUSIONNEL NON-ETABLIS. LA MODELISATION DE L'ECOULEMENT TOURBILLONNAIRE NON-ENTRETENU S'EST AVEREE BEAUCOUP PLUS DELICATE. EN NOUS APPUYANT SUR DE NOMBREUX RESULTATS EXPERIMENTAUX DISPONIBLES AU LABORATOIRE ET COMPLETES DANS LE PRESENT TRAVAIL PAR DES MESURES DE TRANSFERT DE MATIERE, NOUS AVONS MONTRE QU'UNE MODELISATION NUMERIQUE CORRECTE EST FORTEMENT TRIBUTAIRE DU MAILLAGE UTILISE. LA REALISATION DE CELUI-CI EST CRUCIALE AU NIVEAU DE LA RESOLUTION DE L'EQUATION DE DIFFUSION-CONVECTION. EN EFFET, L'ENTREE TANGENTIELLE INDUIT PLUSIEURS ZONES DE RECIRCULATION QUI PERTURBENT LA COUCHE LIMITE DE CONCENTRATION, DONT L'EPAISSEUR EST TRES VARIABLE, ET DONC DIFFICILE A MAILLER, SUIVANT LA POSITION DANS LA GEOMETRIE. CEPENDANT, NOUS AVONS PU MODELISER CORRECTEMENT L'HYDRODYNAMIQUE ET LE TRANSFERT DE MATIERE DANS LE CAS D'UN ECOULEMENT TOURBILLONNAIRE ASSOCIE A UN CONVERGENT AVEC, EN OUTRE, UNE ANALYSE DE L'INFLUENCE DU NOMBRE DE SCHMIDT.
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UNE ETUDE EXPERIMENTALE DU CHAMP DE VITESSE ET DE TEMPERATURE (CONSIDEREE COMME UN SCALAIRE PASSIF) A ETE REALISEE DANS DIVERS ECOULEMENTS PLEINEMENT TURBULENTS (JET, TURBULENCE DE GRILLE, SOUFFLERIE S1 DE L'ONERA), POUR UNE LARGE GAMME DE NOMBRES DE REYNOLDS. EN CE QUI CONCERNE LA VITESSE, DES OUTILS STATISTIQUES TELS QUE LA REPRESENTATION SPECTRALE DE L'ENERGIE, LES DENSITES DE PROBABILITE GLOBALES ET CONDITIONNELLES, OU LES MOMENTS DES FONCTIONS DE STRUCTURE, ONT PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE LE ROLE DETERMINANT DU TAUX DE TRANSFERT D'ENERGIE DANS L'INTERMITTENCE EN TURBULENCE TRIDIMENSIONNELLE. UNE NOUVELLE REPRESENTATION, LOG-SIMILAIRE, A ETE PROPOSEE, AFIN DE QUANTIFIER LE NIVEAU D'INTERMITTENCE D'UN ECOULEMENT TURBULENT. CETTE REPRESENTATION UNIVERSELLE C'EST-A-DIRE VALABLE QUEL QUE SOIT LE TYPE DE L'ECOULEMENT ET SON NOMBRE DE REYNOLDS QUI EST INCOMPATIBLE AVEC L'EXISTENCE DE LOIS D'ECHELLES ABSOLUES, EST EN BON ACCORD AVEC LES PREDICTIONS DE L'APPROCHE VARIATIONNELLE DE LA TURBULENCE. EN CE QUI CONCERNE LE CHAMP DE TEMPERATURE, LES DONNEES EXPERIMENTALES INDIQUENT CLAIREMENT QUE LES PROPRIETES STATISTIQUES DE CE SCALAIRE DIFFERENT DE CELLES DE LA VITESSE. EN PARTICULIER, LES DENSITES DE PROBABILITE GLOBALES ET CONDITIONNELLES MONTRENT QUE, D'UNE PART, LA DISTRIBUTION DE CE SCALAIRE EST QUASI-EXPONENTIELLE EN L'ABSENCE D'UN GRADIENT LONGITUDINAL DE TEMPERATURE ET D'AUTRE PART, L'INTERMITTENCE SE MANIFESTE DE FACON PLUS COMPLEXE QUE POUR LA VITESSE, FAISANT INTERVENIR LE TAUX DE TRANSFERT DE LA VARIANCE DE TEMPERATURE
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La caractérisation de l’écoulement, du transfert de chaleur et de masse lors du déplacement de gouttelettes de diamètre inferieur au millimètre dans un milieu extérieur font l’objet de notre étude. La première partie présente l’état de l’art des connaissances théoriques et expérimentales des comportements aérodynamiques ainsi que les mécanismes de transfert thermiques et massiques intervenant entre une phase dispersée et une phase continue. La deuxième partie est consacrée à l’étude du phénomène d’évaporation d’une gouttelette mono-dispersée en chute libre dans l’air. Pour cela, nous avons réalisé un dispositif expérimental. Les mesures, nous permettent de prédire l’évaporation de la gouttelette en fonction des caractéristiques physico-chimiques et de l’hygrométrie du milieu extérieur. Pour la modélisation du transfert de chaleur et de masse nous avons utilisé un modèle simple qui tient en compte du couplage entre le mouvement et les phénomènes de transferts, validé dans une précédente étude au sein du laboratoire. Un bon accord est observé. La troisième partie traite de la simulation numérique de l’interaction entre les particules sphériques dans un régime laminaire. Tout d’abord, nous avons proposé et validé un modèle simple qui ne tient pas en compte des phénomènes d’interaction. Les résultats obtenus sont en concordance avec la littérature. Par la suite, nous avons étudié l’interaction entre trois particules identiques et co-alignées. Ce modèle tient compte de la nature de la particule, du nombre du Reynolds et de la distance de séparation. Nous avons validé ce travail par une comparaison avec une étude précédente que nous avons généralisé. La dernière partie est cernée sur l’étude de la dispersion des gouttelettes dans un écoulement turbulent homogène et isotrope. Pour cela, nous avons proposé un modèle Lagrangien de suivi des trajectoires. La production de la turbulence est assurée par une condition de turbulence de grille. Nous avons considéré que les caractéristiques moyennes de l’écoulement fluide sont connues. La sélection des fluctuations de vitesse turbulente est assurée par une méthode probabiliste gaussienne que nous avons développée. La fluctuation est conservée durant un certain temps lié à turbulence, elle est renouvelée au cours du calcul. Ce renouvellement est donné par le temps caractéristique de turbulence.
Author: Philippe Gourbesville Publisher: Springer ISBN: 9812876154 Category : Science Languages : en Pages : 616
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This book is a collection of extended papers based on presentations given during the SIMHYDRO 2014 conference, held in Sophia Antipolis in June 2014. It focuses on the modeling and simulation of fast hydraulic transients, on 3D modeling, and on uncertainties and multiphase flows. The book explores both the limitations and performance of current models and presents the latest developments based on new numerical schemes, high-performance computing, multiphysics and multiscale methods, and better interaction with field or scale model data. It addresses the interests of practitioners, stakeholders, researchers and engineers active in this field.
Author: GERALDINE.. LEFEBVRE
Author: Hacène Aouabed
Author: 
Author: SEVERINO RODRIGUES.. DE FARIAS NETO
Author: MURIEL.. MARCHAND
Author: Yazid Belkhelfa
Author: Philippe Gourbesville