ETUDE DES ECOULEMENTS DE FLUIDES MISCIBLES DANS LES MILIEUX POREUX A GRANDES HETEROGENEITES PDF Download
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CE TRAVAIL DE THESE PRESENTE UNE ETUDE EXPERIMENTALE D'ECOULEMENTS DE FLUIDES MISCIBLES DANS LES MILIEUX POREUX PRESENTANT DES GRANDES HETEROGENEITES. CETTE ETUDE A ETE REALISEE A L'AIDE DE PLUSIEURS SYSTEMES EXPERIMENTAUX MODELES (CELLULE DE HELE-SHAW A 2D ET EMPILEMENT DE BILLES A 3D) ET DE SIMULATIONS NUMERIQUES (MODELE B.G.K DE GAZ SUR RESEAU). DANS UNE PREMIERE PARTIE, NOUS PRESENTONS LES DIFFERENTS SYSTEMES EXPERIMENTAUX ET LES TECHNIQUES DE MESURES ASSOCIEES (LA VIDEO UTILISEE POUR LA CELLULE DE HELE-SHAW ET L'ACOUSTIQUE POUR L'EMPILEMENT DE BILLES). CES DIFFERENTS SYSTEMES ET TECHNIQUES ONT ETE APPLIQUES A UNE GEOMETRIE SIMPLE D'HETEROGENEITES PRESENTANT DEUX HETEROGENEITES DE PERMEABILITE DISPOSEES EN QUINCONCE. L'UTILISATION DES DIFFERENTS SYSTEMES PERMET DE MONTRER LE PARALLELE QU'IL EST POSSIBLE DE REALISER ENTRE CEUX-CI, CHAQUE SYSTEME APPORTANT UN ENSEMBLE D'INFORMATIONS DIFFERENTS ET COMPLEMENTAIRES. LA TECHNIQUE DE SIMULATION DE GAZ SUR RESEAU PERMET DE BIEN SIMULER LES MILIEUX ET DONNE DES RESULTATS QUALITATIFS SATISFAISANTS. DANS UNE SECONDE PARTIE, NOUS AVONS ETUDIE LA DISPERSION DANS UN MILIEU POREUX A TROIS DIMENSIONS PRESENTANT UN GRAND NOMBRE D'HETEROGENEITES. NOUS OBSERVONS EN PARTICULIER COMMENT IL EST POSSIBLE DE CARACTERISER ET DE DIFFERENCIER DEUX STRUCTURES DIFFERENTES, A PARTIR DE L'ETALEMENT ET DE LA DEFORMATION DE LA ZONE DE MELANGE ENTRE LES DEUX FLUIDES. LES MESURES DE LA DISPERSIVITE MONTRENT UNE GRANDE SENSIBILITE AUX EFFETS STABILISANTS OU DESTABILISANTS DES CONTRASTES DE DENSITE OU DE VISCOSITE AINSI QU'A LA VITESSE D'ECOULEMENT, ET VERIFIE LES FORMULATIONS THEORIQUES DE L'APPROCHE STOCHASTIQUE DE LA DISPERSION.
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CE TRAVAIL DE THESE PRESENTE UNE ETUDE EXPERIMENTALE D'ECOULEMENTS DE FLUIDES MISCIBLES DANS LES MILIEUX POREUX PRESENTANT DES GRANDES HETEROGENEITES. CETTE ETUDE A ETE REALISEE A L'AIDE DE PLUSIEURS SYSTEMES EXPERIMENTAUX MODELES (CELLULE DE HELE-SHAW A 2D ET EMPILEMENT DE BILLES A 3D) ET DE SIMULATIONS NUMERIQUES (MODELE B.G.K DE GAZ SUR RESEAU). DANS UNE PREMIERE PARTIE, NOUS PRESENTONS LES DIFFERENTS SYSTEMES EXPERIMENTAUX ET LES TECHNIQUES DE MESURES ASSOCIEES (LA VIDEO UTILISEE POUR LA CELLULE DE HELE-SHAW ET L'ACOUSTIQUE POUR L'EMPILEMENT DE BILLES). CES DIFFERENTS SYSTEMES ET TECHNIQUES ONT ETE APPLIQUES A UNE GEOMETRIE SIMPLE D'HETEROGENEITES PRESENTANT DEUX HETEROGENEITES DE PERMEABILITE DISPOSEES EN QUINCONCE. L'UTILISATION DES DIFFERENTS SYSTEMES PERMET DE MONTRER LE PARALLELE QU'IL EST POSSIBLE DE REALISER ENTRE CEUX-CI, CHAQUE SYSTEME APPORTANT UN ENSEMBLE D'INFORMATIONS DIFFERENTS ET COMPLEMENTAIRES. LA TECHNIQUE DE SIMULATION DE GAZ SUR RESEAU PERMET DE BIEN SIMULER LES MILIEUX ET DONNE DES RESULTATS QUALITATIFS SATISFAISANTS. DANS UNE SECONDE PARTIE, NOUS AVONS ETUDIE LA DISPERSION DANS UN MILIEU POREUX A TROIS DIMENSIONS PRESENTANT UN GRAND NOMBRE D'HETEROGENEITES. NOUS OBSERVONS EN PARTICULIER COMMENT IL EST POSSIBLE DE CARACTERISER ET DE DIFFERENCIER DEUX STRUCTURES DIFFERENTES, A PARTIR DE L'ETALEMENT ET DE LA DEFORMATION DE LA ZONE DE MELANGE ENTRE LES DEUX FLUIDES. LES MESURES DE LA DISPERSIVITE MONTRENT UNE GRANDE SENSIBILITE AUX EFFETS STABILISANTS OU DESTABILISANTS DES CONTRASTES DE DENSITE OU DE VISCOSITE AINSI QU'A LA VITESSE D'ECOULEMENT, ET VERIFIE LES FORMULATIONS THEORIQUES DE L'APPROCHE STOCHASTIQUE DE LA DISPERSION.
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Ce travail de thèse sur les milieux poreux est axé sur deux parties. La première concerne l'étude numérique de l'écoulement d'un fluide Newtonien ou non-Newtonien au sein d'un système fluide/poreux. L'approche à un seul domaine qui consiste à écrire l'équation de Navier-Stokes incluant le terme de Darcy-Brinkman-Forchheimer est adoptée dans cette étude. La relation entre le gradient de pression et la vitesse débitante linéaire dans le cas de Darcy où le fluide est Newtonien, est obtenue. Cette relation est étendue dans le cas non-Darcy où le fluide est non Newtonien. L'influence des nombres de Darcy et de Forchheimer sur la structure de l'écoulement est montrée. Dans la seconde partie, une étude de stabilité linéaire et numérique de la convection naturelle de fluides viscoélastiques saturant une couche poreuse horizontale chauffée par un flux constant est réalisée. Une étude d'instabilité primaire et secondaire nous a permis de montrer que pour un fluide Newtonien, la convection monocellulaire perd sa stabilité au profit des rouleaux longitudinaux. Dans le cas des fluides viscoélastiques, on trouve que l'élasticité du fluide induit la sélection des rouleaux transversaux propagatifs. Une solution numérique basée sur un schéma aux différences finies est venue conforter ces résultats analytiques.
Author: A.. LE QUERE Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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ETAT DES CONNAISSANCES SUR LES ECOULEMENTS EN MILIEU POREUX ET SUR LA DISPERSION DE FLUIDES MISCIBLES DANS CES ECOULEMENTS. RESUME DES TRAVAUX EXPERIMENTAUX RECENTS. POLLUTION PAR LES SAUMURES DES EAUX SOUTERRAINES (MOYENS D'ETUDE). ETUDE EXPERIMENTALE SUR MODELES PHYSIQUES: BUT ET LIMITES DE L'ETUDE. CARACTERISTIQUES QUALITATIVES DE L'ECOULEMENT ETUDIE. RESULTATS DES MESURES PORTANT SUR LA GEOMETRIE DE LA ZONE DE MELANGE (LIMITES, FORME ET PROFONDEUR ATTEINTE) EN FONCTION NOTAMMENT, DE LA C ET DU DEBIT DU FLUIDE SECONDAIRE, AINSI QUE SUR LA REPARTITION DE LA C EN NACL DANS CETTE ZONE, POUR UNE ETUDE DE LA DISPERSION LONGITUDINALE ET TRANSVERSALE. INTERPRETATION DES RESULTATS EN FONCTION DE CERTAINES LOIS DE DISPERSION MISES AU POINT
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CE TRAVAIL PORTE SUR L'ETUDE EXPERIMENTALE DES ECOULEMENTS EN CHARGE, DE FLUIDES A SEUIL, DANS DES CONDUITES A SECTION CIRCULAIRE ET AU TRAVERS DE SINGULARITES PAR CHANGEMENT BRUSQUE DE SECTION. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS AVONS EFFECTUE LA CARACTERISATION RHEOMETRIQUE DU FLUIDE A SEUIL MODELE TRANSPARENT UTILISE. POUR LES EXPERIENCES DANS LESQUELLES IL EST UTILISE, CE FLUIDE EST CARACTERISE PAR UN COMPORTEMENT DE HERSCHEL-BULKLEY. NOUS AVONS ENSUITE DONNE UNE DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INSTALLATION EXPERIMENTALE ET DES PROCEDURES SPECIFIQUEMENT CONCUES POUR L'ETUDE DES ECOULEMENTS DES FLUIDES A SEUIL. NOUS NOUS SOMMES INTERESSES A L'ASPECT MECANIQUE DES ECOULEMENTS, EN MESURANT LES PERTES DE CHARGE EN REGIME ETABLI ET EN ETUDIANT LA CINEMATIQUE A L'AIDE DE VISUALISATIONS ET DE VELOCIMETRIE LASER. L'ETUDE DU COEFFICIENT DE FROTTEMENT EN FONCTION DU NOMBRE DE REYNOLDS GENERALISE ET DU PROFIL DES VITESSES EN CONDUITE, A MONTRE QUE LA LOI DE HERSCHEL-BULKLEY, QUI TIENT COMPTE DU SEUIL DE CONTRAINTE, ETAIT VALABLE POUR DECRIRE PARFAITEMENT LE COMPORTEMENT EN ECOULEMENT DE NOTRE FLUIDE A SEUIL MODELE. LES VISUALISATIONS NOUS ONT PERMIS ENTRE AUTRE D'ACCEDER A LA MORPHOLOGIE DES ECOULEMENTS SINGULIERS. AU VOISINAGE DU CHANGEMENT BRUSQUE DE SECTION, LE SEUIL CREE DES ZONES STATIQUES. EN ECOULEMENT DIVERGENT, LE SEUIL ET LA RHEOFLUIDIFICATION RETARDENT L'APPARITION DU TOURBILLON QUI NAIT A L'ENTREE DU DIVERGENT. DES COMPARAISONS ETABLIES AVEC LA MODELISATION NUMERIQUE DES ECOULEMENTS DE FLUIDES DE HERSCHEL-BULKLEY, MENEE EN PARALLELE AVEC L'ETUDE EXPERIMENTALE MONTRENT UN BON ACCORD. LES ROLES DE LA RHEOFLUIDIFICATION, DE L'INERTIE ET SURTOUT CELUI DU SEUIL QUI JUSQU'ICI EST ASSEZ MAL CONNU, ONT ETE IDENTIFIES, SUR LES PERTES DE CHARGE, AINSI QUE SUR LA CREATION ET L'EVOLUTION DES ZONES STATIQUES ET DES TOURBILLONS
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L'écoulement à travers un milieu poreux d'un fluide non newtonien, est un problème récurrent rencontré dans de nombreux domaines de l'industrie et dont la difficulté réside à la fois dans la géométrie complexe du milieu poreux et dans le caractère non-linéaire des matériaux utilisés. Dans cette thèse, nous adoptons une approche différente de celle menée dans les travaux antérieurs, en nous basant principalement sur l'expérimentation. En procédant à des essais systématiques d'injection dans un milieu poreux dont nous pouvons contrôler les données géométriques, nous montrons qu'un gradient de pression seuil, étant proportionnel au seuil du fluide et inversement proportionnel à la taille typique des pores, doit systématiquement être dépassé pour mettre le fluide en écoulement.En outre, nous étudions la possibilité de regrouper, via un redimensionnement, l'ensemble des résultats sur une courbe maîtresse et établir ainsi une base pour l'établissement d'une loi générale d'écoulement.
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Deux approches pour caractériser les milieux poreux en terme de distribution de taille de pores (DTP) sont développées au sein de l'équipe ECPS. Ce travail a pour but de confirmer expérimentalement leurs validités. A l'instar des autres méthodes utilisant l'intrusion du mercure, l'adsorption isotherme ou la thermoporosimétrie, la première méthode consiste à utiliser un fluide à seuil d'écoulement. En effet, l'utilisation de l'écoulement d'un fluide à seuil de type Herschel-Bulkley, au travers d'un poreux, en fonction du gradient de pression permet (en utilisant les solutions analytique et numérique du problème inverse) de déterminer la fonction de distribution de la taille de pores. La seconde méthode utilise l'admittance complexe d'un milieu poreux, mesurée à partir de la réponse en débit à une sollicitation harmonique du gradient de pression. Comme la fréquence de la sollicitation est reliée aux rayons des pores par le biais de la profondeur de pénétration hydrodynamique, l'admittance permet de retrouver la distribution de taille de pores par la résolution numérique du problème inverse associé. Ces deux techniques sont basées sur le modèle de faisceaux de capillaires parallèles employé dans la plupart des autres études qui traitent du même problème. Nos expériences s'appuient sur des milieux poreux calibrés. L'application de ces techniques aux milieux poreux réels se fait actuellement en collaboration avec le TREFLE de Bordeaux. Les résultats expérimentaux obtenus affirment clairement la validité et l'applicabilité de ces deux méthodes pour la caractérisation de la DTP. Il est désormais envisageable de les transférer pour un usage industriel.
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Les écoulements rampants, recirculants et instationnaires d'un fluide viscoplastique autour d'un cylindre ont été étudiés.Numériquement, les morphologies des écoulements, la localisation des zones rigides, les champs de contraintes et pression autour du cylindre ainsi que le coefficient de traînée, ont été déterminés sur un large domaine des nombres de Reynolds et d'Oldroyd.Expérimentalement, les fluides étudiés sont des gels de polymère Carbopol®. Le comportement élastoviscoplastique de ces gels a été modélisé par une loi d'Herschel-Bulkley adaptée. Le montage expérimental conçu et réalisé a été validé par l'étude de l'écoulement d'un fluide newtonien autour d'un cylindre et la mise en place d'une procédure adaptée pour les fluides à seuil.On a pu constater l'influence des conditions d'interface avec l'apparition d'une morphologie de lâchers de tourbillons simultanés et symétriques.
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Analyse d'écoulements compressibles régis par une loi quadratique de perte de charge. La modélisation conduit à une équation parabolique non linéaire dégénérée. Approximation numérique d'un problème à frontière libre d'évolution, modélisant le déplacement de l'interface de deux fluides non miscibles incompressibles. Homogénéisation d'équations hyperboliques du premier ordre intervenant dans deux modèles d'écoulements miscibles incompressibles.
Author: PASCAL.. BEREST
Author: PASCAL.. BEREST
Author: Abdoulaye Gueye
Author: A.. LE QUERE
Author: N'Guessan Dominique Kouamela
Author: Hervé Jegat
Author: Xavier Clain
Author: Guillaume Malvault
Author: Stephane Mossaz
Author: Frédéric Skoczylas
Author: Youcef Amirat