MODELISATION INSTATIONNAIRE DE LA DISTRIBUTION SPACIALE DES PHASES DANS LES ECOULEMENTS DIPHASIQUES EN REGIME A BULLES PDF Download
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IL A ETE MONTRE EXPERIMENTALEMENT QUE LA DISTRIBUTION SPATIALE DES PHASES EN ECOULEMENT DIPHASIQUE A BULLES EST FORTEMENT INFLUENCEE PAR LA PRESENCE DE STRUCTURES TURBULENTES COHERENTES A GRANDE ECHELLE. LA MODELISATION DE L'EFFET DE CAPTURE DE BULLES DE GAZ DANS LES ZONES D'ECOULEMENT FORTEMENT CISAILLEES (COUCHE LIMITE, ZONE DE MELANGE, SILLAGES ...) S'AVERE DIFFICILE DANS LE CADRE DE LA DESCRIPTION EULERIENNE-EULERIENNE STATIONNAIRE ADOPTEE JUSQU'ICI DANS LA LITTERATURE. L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE EST PRECISEMENT LA PRISE EN COMPTE DES MOUVEMENTS A GRANDE ECHELLE A TRAVERS UNE SIMULATION INSTATIONNAIRE PROCHE DE LA LARGE EDDY SIMULATION DES ECOULEMENTS TURBULENTES MONOPHASIQUES. ON MONTRE EN PARTICULIER QUE LA PREDICTION DE LA MIGRATION DES BULLES EN COUCHE LIMITE OU EN ELARGISSEMENT BRUSQUE PAR LE MODELE A DEUX FLUIDES STATIONNAIRE EST COMPLETEMENT DETERMINEE PAR LES EFFETS DE FORCE DE PORTANCE, ET RELATIVEMENT PEU DEPENDANTE DES MODELES DE TURBULENCE UTILISES ( - EN PARTICULIER). LES CALCULS INSTATIONNAIRES EFFECTUES POUR DES ECOULEMENTS CISAILLES LIBRES BIEN DOCUMENTES DANS LA LITTERATURE (COUCHE DE MELANGE, SILLAGES DERRIERE UN CYLINDRE), PERMETTENT DE REPRODUIRE AU MOINS QUALITATIVEMENT L'APPARITION DE STRUCTURES A GRANDE ECHELLE ET LEUR EFFET SUR L'ACCUMULATION LOCALE DE GAZ DANS CES ECOULEMENTS. LES SIMULATIONS NECESSITENT EN PARTICULIER UNE REFLEXION SUR LES OPERATEURS DE FILTRAGE EN ECOULEMENT DIPHASIQUE, ET LA MODELISATION DES ECHELLES NON RESOLUES, POUR LAQUELLE UN MODELE DE SOUS-MAILLE DIPHASIQUE TRES SIMPLE EST PROPOSE. MALGRE UNE CERTAINE SENSIBILITE AUX CONSTANTES DE CALAGE DE CE MODELE, IL A ETE POSSIBLE DE RETROUVER AVEC UNE PRECISION RAISONNABLE LES DONNEES EXPERIEMENTALES SUR LES COUCHES DE MELANGE A BULLES ET LES SILLAGES. CE TRAVAIL PEUT ETRE CONSIDERE COMME UNE PREMIERE APPROCHE DE L'UTILISATION DES METHODES LES EN ECOULEMENT A BULLES. LA POURSUITE DE CETTE ETUDE PASSE PAR UNE AMELIORATION DE LA STRUCTURE NUMERIQUE UTILISEE (PRECISION EN TEMPS, MAILLAGE 3D), AINSI QUE PAR UNE MEILLEURE PRISE EN COMPTE DE L'EFFET DES BULLES DE GAZ AU NIVEAU DE LA MODELISATION DE SOUS-MAILLE.
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IL A ETE MONTRE EXPERIMENTALEMENT QUE LA DISTRIBUTION SPATIALE DES PHASES EN ECOULEMENT DIPHASIQUE A BULLES EST FORTEMENT INFLUENCEE PAR LA PRESENCE DE STRUCTURES TURBULENTES COHERENTES A GRANDE ECHELLE. LA MODELISATION DE L'EFFET DE CAPTURE DE BULLES DE GAZ DANS LES ZONES D'ECOULEMENT FORTEMENT CISAILLEES (COUCHE LIMITE, ZONE DE MELANGE, SILLAGES ...) S'AVERE DIFFICILE DANS LE CADRE DE LA DESCRIPTION EULERIENNE-EULERIENNE STATIONNAIRE ADOPTEE JUSQU'ICI DANS LA LITTERATURE. L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE EST PRECISEMENT LA PRISE EN COMPTE DES MOUVEMENTS A GRANDE ECHELLE A TRAVERS UNE SIMULATION INSTATIONNAIRE PROCHE DE LA LARGE EDDY SIMULATION DES ECOULEMENTS TURBULENTES MONOPHASIQUES. ON MONTRE EN PARTICULIER QUE LA PREDICTION DE LA MIGRATION DES BULLES EN COUCHE LIMITE OU EN ELARGISSEMENT BRUSQUE PAR LE MODELE A DEUX FLUIDES STATIONNAIRE EST COMPLETEMENT DETERMINEE PAR LES EFFETS DE FORCE DE PORTANCE, ET RELATIVEMENT PEU DEPENDANTE DES MODELES DE TURBULENCE UTILISES ( - EN PARTICULIER). LES CALCULS INSTATIONNAIRES EFFECTUES POUR DES ECOULEMENTS CISAILLES LIBRES BIEN DOCUMENTES DANS LA LITTERATURE (COUCHE DE MELANGE, SILLAGES DERRIERE UN CYLINDRE), PERMETTENT DE REPRODUIRE AU MOINS QUALITATIVEMENT L'APPARITION DE STRUCTURES A GRANDE ECHELLE ET LEUR EFFET SUR L'ACCUMULATION LOCALE DE GAZ DANS CES ECOULEMENTS. LES SIMULATIONS NECESSITENT EN PARTICULIER UNE REFLEXION SUR LES OPERATEURS DE FILTRAGE EN ECOULEMENT DIPHASIQUE, ET LA MODELISATION DES ECHELLES NON RESOLUES, POUR LAQUELLE UN MODELE DE SOUS-MAILLE DIPHASIQUE TRES SIMPLE EST PROPOSE. MALGRE UNE CERTAINE SENSIBILITE AUX CONSTANTES DE CALAGE DE CE MODELE, IL A ETE POSSIBLE DE RETROUVER AVEC UNE PRECISION RAISONNABLE LES DONNEES EXPERIEMENTALES SUR LES COUCHES DE MELANGE A BULLES ET LES SILLAGES. CE TRAVAIL PEUT ETRE CONSIDERE COMME UNE PREMIERE APPROCHE DE L'UTILISATION DES METHODES LES EN ECOULEMENT A BULLES. LA POURSUITE DE CETTE ETUDE PASSE PAR UNE AMELIORATION DE LA STRUCTURE NUMERIQUE UTILISEE (PRECISION EN TEMPS, MAILLAGE 3D), AINSI QUE PAR UNE MEILLEURE PRISE EN COMPTE DE L'EFFET DES BULLES DE GAZ AU NIVEAU DE LA MODELISATION DE SOUS-MAILLE.
Author: Bernard Geurts Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 9401712638 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 543
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This volume contains the proceedings of the 2001 DLES4 workshop. It describes and discusses state-of-the-art modeling and simulation approaches for complex flows. Fundamental turbulence and modeling issues but also elements from modern numerical analysis are at the heart of this field of interest.
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Une étude expérimentale et numérique de l'évolution d'écoulements diphasiques à bulles ascendants dans une conduite verticale est présentée. Elle est motivée par le manque d'informations disponibles sur l'influence des phénomènes d'entrée et d'évolution de la taille des bulles sur le développement tridimensionnel de ces écoulements. L’évolution axiale d'écoulements diphasiques à bulles pouvant aller jusqu'a la transition bulles-poches est tout d'abord étudiée expérimentalement. pour la première fois, des profils de vitesse moyenne axiale et d'intensité turbulente axiale du liquide associes a des profils de taux de vide, de fréquence de bulles, de composante axiale de vitesse moyenne des interfaces, de diamètre moyen équivalent de bulles et d'aire interfaciale volumique sont déterminés en plusieurs sections de la même conduite. Une analyse des phénomènes de transition entre écoulements à bulles et à poches est menée a partir de l'analyse simultanée de l'évolution axiale des différents profils de grandeurs caractéristiques obtenus. une analyse locale de l'évolution des écoulements à bulles étudiés associée a des comparaisons avec une étude expérimentale de la littérature montre que le développement d'un écoulement à bulles n'est pas sensible à la forme du profil de taux de vide à l'injection mais que la taille des bulles a une forte influence sur la répartition transverse des phases. Des simulations multidimensionnelles d'écoulements diphasiques à bulles caractérisés par des conditions d'injection des phases très différentes sont enfin réalisées à l'aide du code diphasique eulérien tridimensionnel Astrid. Nous montrons que les modèles classiquement utilises pour la fermeture du bilan transverse de quantité de mouvement (forces de portance et de diffusion) ne permettent pas la simulation du développement tridimensionnel des écoulements à bulles en conduite
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CETTE RECHERCHE CONCERNE L'ANALYSE PHYSIQUE ET LA MODELISATION DES ECOULEMENTS DIPHASIQUES DISPERSES. L'OBJECTIF GENERAL ETAIT DE DEFINIR ET DE TESTER UN MODELE A DEUX FLUIDES EN VUE DE LA PREDETERMINATION D'ECOULEMENTS DIPHASIQUES EN SITUATIONS COMPLEXES. L'ECOULEMENT EAU-AIR A BULLES, DANS UN ELARGISSEMENT BRUSQUE VERTICAL A CONSTITUE LE CAS DE BASE ETUDIE. L'INSTALLATION EXPERIMENTALE CONCUE POUR MENER CETTE ETUDE, COMPREND UNE CONDUITE CYLINDRIQUE VERTICALE D'ENVIRON 14 M DE HAUTEUR AVEC UN CHANGEMENT BRUSQUE DE SECTION DE RAPPORT 0,5, SITUE A 9 M DE L'INJECTION. L'UTILISATION DE L'ANEMOMETRIE A FILM CHAUD, APRES MISE AU POINT DU TRAITEMENT ADAPTE DU SIGNAL DIPHASIQUE, NOUS A PERMIS D'ACCEDER AU CHAMP CINEMATIQUE MOYEN ET AUX COMPOSANTES DU TENSEUR DE REYNOLDS DE LA PHASE CONTINUE. LA DISTRIBUTION LOCALE DU TAUX DE PRESENCE DU GAZ EST OBTENUE AU MOYEN D'UNE SONDE A FIBRE OPTIQUE. A PARTIR DES MESURES DE CHAMP CINEMATIQUE MOYEN ET FLUCTUANT ET DES EQUATIONS DE BILAN, ON A DETERMINE LES FORCES INTERFACIALES MOYENNES TELLES QU'ELLES APPARAISSENT DANS LES MODELES A 2 FLUIDES. LE ROLE IMPORTANT DES TERMES NON LINEAIRES LIES AUX CHAMPS FLUCTUANTS DES DEUX PHASES EST AINSI MIS EN EVIDENCE ET ON MONTRE QU'UNE BONNE PREDETERMINATION DE LA DISTRIBUTION DU TAUX DE VIDE ET DE LA TURBULENCE EXIGE DE PRENDRE EN COMPTE L'INFLUENCE DE CES TERMES. CES CONCLUSIONS SONT CONFIRMEES PAR UNE ETUDE THEORIQUE ET NUMERIQUE QUI S'APPUIE SUR L'UTILISATION DU CODE DE CALCUL A DEUX FLUIDES MELODIF DEVELOPPE AU LABORATOIRE NATIONAL D'HYDRAULIQUE. UNE ANALYSE THEORIQUE SUR LA FORMULATION DES TERMES INTERFACIAUX A ETE DEVELOPPEE EN PORTANT UNE ATTENTION PARTICULIERE A LA MODELISATION DES COMPOSANTES NON LINEAIRES TURBULENTES, LES MODIFICATIONS APPORTEES CONCERNENT L'EFFET DE LA FORCE DE PRESSION ET DE LA DISPERSION DES INCLUSIONS. DANS CETTE NOUVELLE VERSION, LA CODE MELODIF S'AVERE BEAUCOUP PLUS PERFORMANT POUR LA PREDETERMINATION DU TAUX DE VIDE
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Une bonne compréhension du traitement du phénomène de l'eutrophisation par l'aération passe par une modélisation diphasique (eau-bulles d'air) dont l'utilisation pose d'énormes difficultés. Dans ce travail, nous présentons deux modèles simplifiés dont l'idée consiste à étudier l'écoulement de la phase eau et tenir compte de l'effet des bulles, d'une part, pour le premier modèle, par le biais d'une condition aux limites au niveau de l'injecteur et d'autre part, pour le second modèle, en ajoutant des termes de corrections diphasiques. Numériquement, on combine la méthode des caractéristiques pour la discrétisation temporelle et la méthode des éléments finis P1+bulle P1 pour l'approximation spatiale. Des résultats numériques sont présentés sur un cas d'application réel. Afin de réduire le temps de calcul très important pour le problème étudié, nous présentons une parallélisation du code numérique traitant le premier modèle. Des résultats de performances sont enfin présentés.
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Cette étude comporte en premier lieu une réflexion générale sur la modélisation multidimensionnelle des écoulements diphasiques gaz - liquide. Une nouvelle notion de carte de configuration locale de l'écoulement est proposée. L’effort de modélisation est porté plus particulièrement sur les écoulements dispersés à bulles. La fermeture des termes de diffusion turbulente et de transferts interfaciaux est explicitée dans le cadre d'un modèle à deux fluides. Le modèle K- a été retenu pour la turbulence de la phase liquide. Les équations originales de ce modèle étant particulièrement complexes, une analyse des ordres de grandeurs a été effectuée afin de ne retenir que les termes les plus importants. Par ailleurs, les transferts interfaciaux sont proportionnels à l'aire interfaciale volumique qui est inconnue. Une équation de transport pour cette quantité a été établie à l'aide de deux méthodes différentes. La première méthode, originale, est indépendante du régime d'écoulement considéré. La seconde méthode, basée sur un formalisme statistique, est restreinte à l'étude d'écoulements dispersés. Des relations de fermeture sont également proposées pour les termes dus à la coalescence des bulles et à la compressibilité et la dilatabilité du gaz qui apparaissent dans l'équation d'aire interfaciale volumique. Les différents modèles proposes ont été implantés dans le module tridimensionnel du code CATHARE. De nombreux tests de sensibilité aux constantes intervenants dans ces modèles ont été effectués. Les résultats des simulations ont été comparés aux résultats expérimentaux disponibles dans la littérature et discutés.
Author: Adlène Benkenida Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 270
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Ce travail est consacré au développement et à la mise en œuvre d'un outil de simulation directe d'écoulements diphasiques complexes où la topologie des interfaces évolue dans le temps. La stratégie de résolution emploie un maillage fixe sur lequel les interfaces évoluent librement. Les équations du modèle d'écoulement [...] sont obtenues par filtrage spatial et sommation des équations de Navier-Stokes locales et instantanées de chaque phase. L'utilisation d'une approche eulérienne conduit à des difficultés d'estimation de différentes grandeurs diphasiques [...]. Cet obstacle est levé en établissant et en validant une expression des contraintes valable quelle que soit la nature de l'approche eulérienne utilisée et l'orientation de l'interface par rapport au maillage. Pour simplifier les équations du modèle, on suppose l'absence de glissement local entre les deux phases, de changement de phase et de turbulence de petite échelle. La possibilité de relaxer certaines de ces hypothèses est discutée [...]. Le transport des interfaces est assuré par une méthode de capture de front sans reconstruction d'interfaces en utilisant un schéma FCT. On montre [...] que la version [...] de l'algorithme de Zalesak (1979) donne les meilleurs résultats, bien qu'il subsiste une tendance à l'épaississement des zones interfaciales dans les régions de fort étirement. La validation du code est réalisée [...]. Parmi les résultats de ces validations, ceux se rapportant au problème du rebond d'une bulle sur une paroi solide sont les plus originaux et apportent un éclairage nouveau sur ce phénomène, notamment en ce qui concerne l'évolution temporelle du champ hydrodynamique autour de la bulle. L'étude du mouvement d'une bulle de gaz isolée, dite bulle de Taylor, ou de l'interaction de deux bulles de Taylor montant dans un liquide en conduite verticale constitue le thème physique principal de ce travail. Plusieurs mécanismes physiques influençant la vitesse de montée et la dynamique du culot de ces bulles sont analysés (viscosité, tension interfaciale, vitesse superficielle du liquide et accélération de la bulle). Les comparaisons quantitatives avec des résultats théoriques et expérimentaux antérieurs sont très satisfaisantes et des résultats originaux sont obtenus sur plusieurs points.
Author: Vincent Guillemaud Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 263
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Dans ce mémoire de thèse, on s'intéresse à la simulation des écoulements liquidevapeur en transition de phase. Pour décrire ces écoulements, une approche bifluide moyennée à deux pressions indépendantes est retenue. Cette description du mélange liquide-vapeur s'appuie sur le modèle à sept équations de Baer et Nunziato. On étudie les aptitudes de cette modélisation à simuler les transitions de phase apparaissant en ingénierie nucléaire. Dans un premier temps, on élabore un cadre thermodynamique théorique pour décrire les écoulements liquide-vapeur. Dans ce cadre, on réalise la fermeture du modèle de Baer et Nunziato. De nouvelles modélisations sont proposées pour les termes d'interaction entre les phases. Ces nouvelles modélisations dotent le modèle bifluide à deux pressions d'une inégalité d'entropie. On étudie ensuite les propriétés mathématiques de ce modèle. Sa partie convective hyperbolique se présente sous une forme non-conservative. On étudie tout d'abord la définition de ses solutions faibles. Divers régimes d'écoulement sont alors mis à jour pour le mélange diphasique. Ces différents régimes d'écoulement présentent des analogies avec le comportement fluvial et torrentiel des écoulements en rivière. Les stabilités linéaire et non-linéaire de l'équilibre liquidevapeur sont ensuite établies. Pour affiner notre description des interactions diphasiques, on étudie pour finir l'implémentation d'un modèle de turbulence, ainsi que l'implémentation d'une procédure de reconstruction pour la densité d'aire interfaciale. On s'intéresse ensuite à la simulation de ce modèle. Suivant une approche à pas fractionnaires, une méthode numérique est élaborée dans un formalisme Volumes Finis. Pour réaliser l'approximation de la partie convective, diverses adaptations non-conservatives de solveurs de Riemann standard sont tout d'abord proposées. A l'inverse du cadre non-conservatif classique, l'ensemble de ces schémas converge vers une unique solution. Un nouveau schéma de relaxation est ensuite proposé pour approcher la dynamique des transferts interfaciaux. L'ensemble de la méthode numérique se caractérise alors par la préservation des équilibres liquide-vapeur. Dans un premier temps, cette méthode numérique est employée à la comparaison des différentes modélisations bifluides à une et deux pressions. On l'applique ensuite à la simulation des écoulements liquide-vapeur dans les circuits hydrauliques des réacteurs à eau sous pression en configuration accidentelle.
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Ce travail est lie au besoin de modelisation des ecoulements diphasiques en generateurs de vapeur (entree liquide et sortie vapeur). La demarche proposee consiste a faire le choix d'une modelisation hybride de l'ecoulement, en scindant la phase gaz en deux champs, modelises de manieres differentes. Ainsi, les petites bulles spheriques sont modelisees avec une approche dispersee classique avec le modele eulerien a deux fluides, et les bulles deformees sont simulees a l'aide d'une methode de localisation d'interface. Le travail effectue porte sur la mise en place, la verification et la validation du modele dedie aux larges bulles deformees, ainsi que le couplage entre les deux approches pour le gaz, permettant des premiers calculs de demonstration utilisant l'approche hybride complete."
Author: MINH LONG.. TRAN
Author: MINH LONG.. TRAN
Author: Bernard Geurts
Author: 
Author: Claudie Grossetete
Author: R'bei Bel Fdhila
Author: Mohamed Abdelwahed
Author: Christophe Morel
Author: Adlène Benkenida
Author: Vincent Guillemaud
Author: Romain Denèfle