Modélisation des écoulements en collecteurs d'assainissement PDF Download
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Book Description
La ville d’aujourd’hui et de demain requiert une gestion optimale de l’eau en terme de quantité et de qualité et en particulier vis-à-vis des eaux pluviales et usées. La mise en place de dispositifs de mesures est une composante importante d’une politique de gestion des systèmes assainissement. Le problème à résoudre est celui de la sélection des sites ainsi que de l’optimisation de leur instrumentation. Ce travail s’inscrit dans l’aide à la décision quant à la gestion et à l’instrumentation des réseaux. Il s’agit en particulier de finaliser une méthodologie de sélection de sections de mesure et d’instrumentation, basée sur une modélisation générique des écoulements en réseaux. La mise au point de la méthodologie est basée sur la mise en œuvre d’un code de calcul numérique des écoulements en réseaux à surface libre. Suite à l’élaboration de règles de bonne mise en œuvre du code de calcul, nous avons étudié l’influence de deux types de singularités sur les champs de vitesse (coude et déviation), dans le cadre d’une approche générique. Nous avons caractérisé la zone d’influence des singularités (indice de singularité) qui sont à déconseiller en terme d’instrumentation. Hors de ces zones, nous avons établi une formulation mathématique générale de la distribution verticale de la vitesse longitudinale en canaux larges et étroits, capable de prévoir la potentialité de gradient inversé au voisinage de la surface libre (dip phenomenon). Enfin, cette méthodologie a été appliquée pour une étude de la justesse de la mesure par divers capteurs en fonction de leurs caractéristiques et leurs positions, et des conditions hydrauliques
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La ville d’aujourd’hui et de demain requiert une gestion optimale de l’eau en terme de quantité et de qualité et en particulier vis-à-vis des eaux pluviales et usées. La mise en place de dispositifs de mesures est une composante importante d’une politique de gestion des systèmes assainissement. Le problème à résoudre est celui de la sélection des sites ainsi que de l’optimisation de leur instrumentation. Ce travail s’inscrit dans l’aide à la décision quant à la gestion et à l’instrumentation des réseaux. Il s’agit en particulier de finaliser une méthodologie de sélection de sections de mesure et d’instrumentation, basée sur une modélisation générique des écoulements en réseaux. La mise au point de la méthodologie est basée sur la mise en œuvre d’un code de calcul numérique des écoulements en réseaux à surface libre. Suite à l’élaboration de règles de bonne mise en œuvre du code de calcul, nous avons étudié l’influence de deux types de singularités sur les champs de vitesse (coude et déviation), dans le cadre d’une approche générique. Nous avons caractérisé la zone d’influence des singularités (indice de singularité) qui sont à déconseiller en terme d’instrumentation. Hors de ces zones, nous avons établi une formulation mathématique générale de la distribution verticale de la vitesse longitudinale en canaux larges et étroits, capable de prévoir la potentialité de gradient inversé au voisinage de la surface libre (dip phenomenon). Enfin, cette méthodologie a été appliquée pour une étude de la justesse de la mesure par divers capteurs en fonction de leurs caractéristiques et leurs positions, et des conditions hydrauliques
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La modélisation à l’aide de l’approche RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) a été menée en trois dimensions, en considérant les régimes permanent et non permanent, dans le but de simuler les écoulements au niveau des jonctions, bifurcations et déversoirs d’orage. A travers ces trois exemples d’étude, plusieurs stratégies de modélisation (différentes combinaison lois de paroi/modèles de turbulence, différents algorithmes de couplage pression/vitesse, différents schémas de discrétisation spatiale, différentes conditions aux limites, différents types et tailles de maille, etc.) ont été testées et évaluées à l’aide de plusieurs indicateurs de performance (de type RMS –Root Mean Square) en s’appuyant sur les données de vitesses (vitesses moyennes in situ et champs de vitesses obtenus par PIV en laboratoire), hauteurs d’eau, débits (répartition de débits en bifurcation en laboratoire ou débits déversés in situ). Les résultats obtenus sont transposables aux autres cas de singularités et ouvrages spéciaux rencontrés en réseau d’assainissement et montrent que : i) les résultats des simulations 3D sont sensibles à la rugosité, aux conditions limites de hauteur et de vitesse ; ii) dans les trois cas d’étude, les schémas de discrétisation du second ordre et l’algorithme de couplage pression/vitesse PISO sont appropriés ; ii) la loi de paroi scalable couplée aux modèles de turbulence de type k-ε pour le cas des jonctions (avec un débit latéral inférieur ou égal au débit principal) ou des déversoirs semblent convenir, tandis que le modèle de turbulence RSM associé à la loi de paroi enhanced ou scalable permet de mieux représenter les écoulements à travers les bifurcations ou au niveau des jonctions lorsque le débit latéral est dominant. Sur la base de ces résultats, une méthodologie de modélisation plus générale définie en six étapes et fondée sur le guide proposée par Jakeman et al. (2006) a été mise au point. La méthodologie ainsi définie a été utilisée pour i) améliorer l’instrumentation du déversoir OTHU (Observatoire de Terrain en Hydrologie Urbaine) situé à Ecully, à partir de la simulation de sa courbe de fonctionnement et en fournissant les incertitudes sur les débits déversés obtenus ; ii) simuler l’implémentation des capteurs débitmétriques à l’aval d’une jonction. Elle a permis de concevoir et de dimensionner un nouveau dispositif de maîtrise des flux d’eau et de polluants déversés (technologie DSM – dispositif de surveillance et de maîtrise des flux déversés au milieu naturel). Ce dispositif a fait l’objet d’un dépôt de brevet international. Enfin, la mise en œuvre de cette méthodologie a été à l’origine de la découverte d’une nouvelle structure d’écoulement dans la branche latérale d’une bifurcation à 90°. L’analyse des résultats des simulations des écoulements mettant en évidence cette nouvelle structure a montré qu’il était possible de prédire l’apparition de cette dernière à partir du rapport d’aspect et du nombre de Froude.
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La diversité des phénomènes et la précision croissante exigée en assainissement, notamment dans le domaine de la métrologie, nécessite de prendre en compte le caractère turbulent des écoulements qu'on y rencontre. Cet ouvrage permettra au lecteur de se faire une idée de la gamme des modèles de turbulence existants, de leurs applications à travers l'analyse de leurs hypothèses et de leurs résultats. Deux de ces modèles sont étudiés plus spécifiquement; un modèle k-ε largement employé dans le domaine et un modèle RSM. Ils ont été tous les deux implémentés dans un code aux volumes finis afin de les comparer. Un modèle RSM des écoulements turbulents uniformes à surface libre a donc été développé en version bas- Reynolds afin de pouvoir intégrer les équations en zone proche paroi. Ceci vise à mieux reproduire les courants secondaires, notamment les petites structures au niveau des angles formés par la surface libre avec les parois, ce qui n'est pas possible avec le modèle k- ε. On montre ainsi le rôle prépondérant du caractère anisotrope de la turbulence dans la génération des courants secondaires qui ont une forte influence en assainissement.
Author: Bernard Chocat Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 304
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ELABORATION ET MISE AU POINT D'UN MODELE MATHEMATIQUE ET INFORMATIQUE PERMETTANT LA PRISE EN COMPTE FINE DE LA STRUCTURE D'UN RESEAU D'ASSAINISSEMENT PLUVIAL AINSI QUE CELLE DES DIFFERENTES CONDITIONS D'ECOULEMENT
Author: Jonathan Wertel Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 171
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L’objectif de ce travail est l’interpolation du débit à partir de données issues de vélocimètre à effet Doppler. Pour ce faire une modélisation précise des écoulements turbulents doit être implémentée dans un code conçu pour les conduites d’assainissement. Du fait de l’uniformité de l’écoulement dans le sens du flux, un maillage 2D est utilisé pour effectuer le calcul du champ de vitesse en 3D. Un modèle RSM des écoulements turbulents uniformes à surface libre a donc été développé en version bas-Reynolds afin de pouvoir intégrer les équations en zone proche paroi incluant la sous-couche visqueuse. Une combinaison de (Shir, 1973), (Gibson & Launder, 1978) et (Cokljat, 1993) a été additionnée au terme de corrélation fluctuation de pression/champ moyen de vitesse afin de prendre en compte l’effet d’amortissement de la surface libre et le caractère redistributif d’énergie cinétique turbulente des parois. Ce modèle a été implémenté (sous Matlab) dans un code aux volumes finis, tout comme un modèle k-ε à titre de comparaison. On montre ainsi le rôle prépondérant du caractère anisotrope de la turbulence dans la génération des courants secondaires. Les résultats présentés sont comparés avec ceux de (Kang & Choi, 2005) qui ont développé un modèle RSM utilisant des lois de paroi et avec les résultats expérimentaux de (Nezu & Rodi, 1985). Il y a une bonne corrélation entre les résultats du modèle et les mesures. Les effets sur les tensions de Reynolds de l’annulation de la contrainte tangentielle aux coins sont reproduits. Par ailleurs, la projection du champ moyen de vitesse sur une section transverse met en évidence des courants secondaires, notamment des petites structures au niveau des angles formés par la surface libre avec les parois. Enfin, des cas expérimentaux issus de la littérature sont modélisés afin de comparer les débits mesurés avec ceux calculés par le modèle présenté, là encore il y a une bonne corrélation. Pour finir, un banc d’essai a été conçu pour la mesure de vitesse en canal. Un banc de déplacement automatisé a été assemblé autour d’un canal de 20m de long, il est équipé des systèmes de mesure par ADV et PIV.
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Cette nouvelle édition intègre les évolutions socio-économiques, technologiques et réglementaires de ces dernières années avec pour ambition d'offrir une panoplie de méthodes, d'outils de calculs de dimensionnements et de confrontations avec les réalités du terrain, le tout à l'aune de nombreuses études expérimentales. Les réseaux d'assainissement forme ainsi une synthèse sans équivalent, riche d'exemples représentatifs, entre particularités conceptuelles constructives et techniques les plus avancées. Il couvre de larges domaines tels que : l'hydrologie urbaine, périurbaine et rurale connexe , la maîtrise des conditions de ruissellements, de rétentions, d'écoulement, de stockages-restitutions, de traitements, d'objectif de pollution zéro au milieu récepteur , la prévision du risque , la mise en application raisonnée d'outils de calculs, d'aide à la décision, de modèles reposant sur des méthodes ajustées à la diversité des situations , l'appréhension quantitative et qualitative des flux polluants, générés, transférés, régulés, déversés, traité , l'approche généralisée ou spécifique de dispositions techniques, d'équipements écologiques, d'aménagements de voies d'eau , la réponse opérationnelle aux améliorations de patrimoines, aux projets d'ouvrages adaptés, plurifonctionnels , l'exploitation et la gestion au quotidien des réseaux, des ouvrages, des installations. Cet ouvrage s'adresse aux concepteurs, fournisseurs et industriels, aux services de l'État et des collectivités ainsi qu'aux exploitants, gestionnaires, agents de maintenance et de contrôle. Plus généralement, il sera un outil essentiel à tous les acteurs du domaine de l'eau et de son environnement.
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LES RESEAUX D'ASSAINISSEMENT ONT POUR MISSION D'EVACUER LES EAUX DE PLUIE ET LES EAUX USEES HORS DE LA VILLE. LA COMPREHENSION ET LA MODELISATION DES PHENOMENES ASSOCIES A L'ECOULEMENT DE L'EAU A TRAVERS LA FORME COMPLEXE DES RESEAUX CONSTITUENT DES ENJEUX TRES IMPORTANTS. DIFFERENTS MODELES SUSCEPTIBLES DE REPRESENTER CES PHENOMENES EXISTENT: CERTAINS UTILISENT LES FONDEMENTS DE LA MECANIQUE DES FLUIDES (EQUATIONS DE BARRE DE SAINT VENANT), D'AUTRES REPOSENT SUR DES PRINCIPES EMPIRIQUES OU CONCEPTUELS (TIME OFFSET, MUSKINGUM). CHACUNE DE CES FAMILLES DE MODELES PRESENTE DES AVANTAGES ET DES INCONVENIENTS ET, AUCUNE NE PERMET DE TRAITER LA TOTALITE DES SITUATIONS SUSCEPTIBLES D'ETRE RENCONTREES. NOUS AVONS DEVELOPPE UN NOUVEAU MODELE (STOCK) DE TYPE CONCEPTUEL, INTERMEDIAIRE DANS SA COMPLEXITE ENTRE LES MODELES MECANISTES ET LES MODELES SIMPLES LES PLUS CLASSIQUES. CE MODELE S'APPUIE PRINCIPALEMENT SUR LA REPRESENTATION CORRECTE DES PHENOMENES DE STOCKAGE-DESTOCKAGE A L'INTERIEUR DU SYSTEME D'ASSAINISSEMENT. IL REPOND AUX EXIGENCES SUIVANTES: 1) SIMULER LE RESEAU POUR LES DIFFERENTS REGIMES: ECOULEMENTS A SURFACE LIBRE OU ECOULEMENTS EN CHARGE, PASSAGE D'UN REGIME A L'AUTRE ; 2) PRENDRE EN COMPTE LES INFLUENCES AVAL, EN SURFACE LIBRE OU EN CHARGE ; 3) NECESSITER DE TEMPS DE CALCUL LARGEMENT INFERIEURS A CEUX DU MODELE BARRE DE SAINT VENANT SANS POSER DE PROBLEMES DE STABILITE ; 4) ETRE CAPABLE DE TENIR COMPTE DES OUVRAGES SPECIAUX RENCONTRES DANS LES SYSTEMES D'ASSAINISSEMENT (CHUTES, SIPHONS, DEVERSOIRS D'ORAGE, DEFLUENCES, ETC.). LE MODELE A FAIT L'OBJET D'UNE ANALYSE THEORIQUE QUI A PERMIS D'ETABLIR UNE CORRESPONDANCE AVEC LES DIFFERENTES FORMES SIMPLIFIEES DES EQUATIONS DE BARRE DE SAINT VENANT (ONDE DE CRUE SIMPLE ET ONDE DE CRUE DIFFUSANTE) ET DE MONTRER QUE SON INTERET PRINCIPAL PAR RAPPORT A CES METHODES ETAIT D'UTILISER LES SIMPLIFICATIONS LES MIEUX ADAPTEES AUX CONDITIONS DE L'ECOULEMENT. LA VALIDATION EXPERIMENTALE DU MODELE A ETE FAITE PAR LA COMPARAISON DES RESULTATS DU MODELE AVEC CELUI DE MODELE DE BARRE DE SAINT VENANT DU LOGICIEL CEDRE. CETTE COMPARAISON NUMERIQUE A PERMIS DE MONTRER QUE NOTRE MODELE PERMETTAIT L'AMELIORATION DES RESULTATS PAR RAPPORT AU MODELE DE MUSKINGUM DU LOGICIEL CEDRE, TOUT EN REDUISANT DE FACON IMPORTANTE LES TEMPS DE CALCUL PAR RAPPORT AUX EQUATIONS COMPLETES DE BARRE DE SAINT VENANT DU LOGICIEL CEDRE. A LA FIN NOUS AVONS COMPLETE LA VALIDATION DU MODELE PAR UNE SERIE DE TESTS SUR LES RESEAUX REELS
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EXAMEN DES MODELES HYDRAULIQUES SIMPLIFIES DE SIMULATION DE CRUES, AVEC SIMULATIONS SUR CAS REPRESENTATIFS; EVALUATION DES METHODES DE CALAGE DES PARAMETRES ET DU FONCTIONNEMENT NUMERIQUE. MISE EN EVIDENCE DE DOMAINES DE VALIDITE (NUMERIQUE ET HYDRAULIQUE) EN FONCTION DE NOMBRES ADIMENSIONNELS ET EN REFERENCE AUX RESULTATS D'UN MODELE INTEGRANT LES EQUATIONS COMPLETES DE SAINT VENANT. EXAMEN DES POSSIBILITES DE MODELISER LES INFLUENCES AVAL AVEC UN MODELE DE CRUE DIFFUSANTE AVEC CALCUL INTEGRE DE LIGNE D'EAU
Author: HU SENG.. LIN Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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DANS LES RESEAUX D'ASSAINISSEMENT UNITAIRES, LES APPORTS LIQUIDES, EFFLUENTS DOMESTIQUES, REJETS INDUSTRIELS ET EAUX DE RUISSELLEMENT PLUVIALES, AMENENT UNE QUANTITE DE SOLIDES NON NEGLIGEABLES, ET DES DEPOTS SE PRODUISENT. APRES DEUX ANS D'OBSERVATIONS ET D'EXPERIMENTATIONS SUR L'EVOLUTION DE CES DEPOTS, LES CONSTATATIONS RESULTANT DE L'ENSEMBLE DES ANALYSES NOUS ONT CONDUIT A L'ETABLISSEMENT D'UN CODE NUMERIQUE DE TRANSPORT SOLIDE SPECIFIQUE AUX COLLECTEURS D'ASSAINISSEMENT. BASE SUR L'HYPOTHESE DE REGIMES D'ECOULEMENTS PERMANENTS PAR PERIODES, IL TIENT COMPTE DE LA GEOMETRIE REELLE DU COLLECTEUR, DE L'INFLUENCE DES SINGULARITES DE LA PRESENCE DES MATIERES MINERALES ET ORGANIQUES, ET TRAITE DES DIVERS PHENOMENES DE TRANSPORT SOLIDE, NOTAMMENT DU PHENOMENE DE MASQUAGE. SES PERFORMANCES ONT ETE TESTEES EN COMPARANT LES RESULTATS DES SIMULATIONS A DES MESURES EXPERIMENTALES REALISEES IN SITU, DANS LE COLLECTEUR 13 DE MARSEILLE. BIEN QUE LIMITEE AU TRANSPORT PAR CHARRIAGE, LA BONNE CONFRONTATION ENTRE RESULTATS CALCULES ET MESURES, CONCERNANT L'EVOLUTION DES DEPOTS, NON SEULEMENT EN VOLUME, MAIS AUSSI EN REPARTITION LONGITUDINALE ET COMPOSITION GRANULOMETRIQUE, PROUVE SES CAPACITES A REPRODUIRE LA REALITE ET MONTRE QUE, SI LA PRISE EN COMPTE DES SEDIMENTS TRANSPORTES EN SUSPENSION N'EST PAS NECESSAIRE, PAR CONTRE, CELLE DES MASSES VOLUMIQUES VARIABLES POUR CHAQUE FRACTION SOLIDE AMELIORE LES SIMULATIONS
Author: Marc Buyer Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 450
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LA COMPLEXITE STRUCTURELLE DU RESEAU D'ASSAINISSEMENT AINSI QUE LA FORTE VARIABILITE DES FLUX QUI Y TRANSITENT SONT A L'ORIGINE DE PROBLEMES DE SIMULATION NUMERIQUE TANT DE LA LIGNE D'EAU QUE DES DEBITS TRANSPORTES. NOUS AVONS MODELISE SON COMPORTEMENT HYDRAULIQUE EN TENANT COMPTE DE PHENOMENES ET OUVRAGES PARTICULIERS TELS QUE, RESSAUT HYDRAULIQUE, INFLUENCE AVAL OU ENCORE PASSAGE SOUS PRESSION. INCLUSIVEMENT, NOUS AVONS VOULU TRADUIRE L'INFLUENCE HYDRAULIQUE DE LA DIVERSITE DES GEOMETRIES DE CANALISATION, DE CHANGEMENTS DE SECTION ET DE LA SURVENUE DE DERIVATIONS (CONFLUENCES ET DEFLUENCES). POUR L'ASPECT OUVRAGE, NOUS AVONS INTEGRE A NOTRE ETUDE LE DEVERSOIR D'ORAGE DONT LE ROLE EST DE PREMUNIR CONTRE LES DEBORDEMENTS DU RESEAU ET DE PROTEGER LA STATION DE TRAITEMENT DES EAUX USEES D'UNE CHARGE HYDRAULIQUE TROP IMPORTANTE EN CAS DE PLUIE. AINSI, NOUS AVONS MIS EN ŒUVRE PLUSIEURS MODELES NUMERIQUES UNIDIMENSIONNELS BASES SUR LE SYSTEME D'EQUATIONS DE BARRE DE SAINT-VENANT. CELUI-CI EST EXPRIME SOUS FORME CONSERVATIVE ET RESOLU EN UTILISANT DES SCHEMAS NUMERIQUES A CAPTURE DE CHOCS CAPABLES DE GERER DE FORTES VARIATIONS SUR LES VARIABLES ETUDIEES (HAUTEURS D'EAU ET DEBITS). CES METHODES NUMERIQUES SONT D'UN ORDRE DE PRECISION AU MOINS EGAL A DEUX ET DE TYPE TVD, C'EST A DIRE, NON OSCILLATOIRE. LA PHASE DE VERIFICATION EXPERIMENTALE A ETE MENEE EN TROIS ETAPES. PREMIEREMENT, NOUS AVONS VALIDE LES MODELES VISANT A REPRODUIRE LES COURBES DE REMOUS POUVANT APPARAITRE DANS UN COLLECTEUR GRACE A UN CANAL EXPERIMENTAL. LES RESULTATS OBTENUS, TRES SATISFAISANTS, NOUS ONT PERMIS DE SELECTIONNER LA PLUS PRECISE DES QUATRE METHODES ETUDIEES. DANS UN SECOND TEMPS, NOUS AVONS VALIDE L'APTITUDE DE NOTRE MODELE A REPRESENTER LE FONCTIONNEMENT DU CHANGEMENT DE SECTION GRACE A L'ETUDE D'UN CANAL A VENTURI. POUR FINIR, NOUS AVONS TESTE NOTRE MODELE DE DEVERSOIR A CRETE HAUTE ET BASSE GRACE A UN BANC D'ESSAI PHYSIQUE
Author: Hossein Bonakdari
Author: Hossein Bonakdari
Author: Adrien Momplot
Author: COLLECTIF.
Author: Bernard Chocat
Author: Jonathan Wertel
Author: BOURRIER Régis
Author: HOMAYOUN.. MOTIEE
Author: Yves Kovacs
Author: HU SENG.. LIN
Author: Marc Buyer