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Modélisation des écoulements turbulents à bulles

Bellakhal, Ghazi (2005) Modélisation des écoulements turbulents à bulles. (Modeling of turbulent bubbly flows.)

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Abstract

Les milieux diphasiques mettent en jeu des interactions aux interfaces qui modifient d’une manière significative la structure des champs moyens et fluctuants des écoulements. La conception de modèles à deux fluides adaptés aux écoulements industriels nécessite la prise en compte de l’effet de ces interactions au niveau des relations de fermeture adoptées. Le travail développé dans cette thèse porte sur le développement de modèles à deux fluides au premier ordre déduits par réduction des fermetures au second ordre. La démarche adoptée, basée sur le principe de décomposition du tenseur des contraintes de Reynolds en contributions turbulente et pseudo-turbulente statistiquement indépendantes, permet de préserver le contenu physique des fermetures au second ordre. L’analyse de la structure de la turbulence dans deux configurations d’écoulements de référence : écoulements homogènes à bulles uniforme derrière une grille et à cisaillement constant permet de déduire une formulation de la viscosité turbulente en milieux diphasiques faisant intervenir les échelles caractéristiques de la turbulence à bulles, ainsi qu’une description analytique de la modification induite par la présence des bulles de la structure de la turbulence homogène. Le modèle eulérien à deux fluides a été généralisé ensuite au cas des écoulements inhomogènes à faibles taux de vide. Les résultats numériques obtenus par l’application de ce modèle intégré dans le code de calcul MELODIF dans le cas de l’écoulement turbulent à bulles cisaillé libre de sillage ont montré une concordance satisfaisante avec les données expérimentales et ont permis d’analyser la modification des échelles caractéristiques de cet écoulement par les interactions interfaciales. Le modèle à deux fluides au premier ordre est généralisé enfin au cas des écoulements à forts taux de vide où les interactions hydrodynamiques entre les bulles ne sont plus négligeables. ABSTRACT : The two-phase flows involve interfacial interactions which modify significantly the structure of the mean and fluctuant flow fields. The design of the two-fluid models adapted to industrial flows requires the taking into account of the effect of these interactions in the closure relations adopted. The work developed in this thesis concerns the development of first order two-fluid models deduced by reduction of second order closures. The adopted reasoning, based on the principle of decomposition of the Reynolds stress tensor into two statistically independent contributions turbulent and pseudo-turbulent parts, allows to preserve the physical contents of the second order relations closure. Analysis of the turbulence structure in two basic flows : homogeneous bubbly flows uniform and with a constant shear allows to deduce a formulation of the two-phase turbulent viscosity involving the characteristic scales of bubbly turbulence, as well as an analytical description of modification of the homogeneous turbulence structure induced by the bubbles presence. The eulerian two-fluid model was then generalized with the case of the inhomogeneous flows with low void fractions. The numerical results obtained by the application of this model integrated in the computer code MELODIF in the case of free sheared turbulent bubbly flow of wake showed a satisfactory agreement with the experimental data and made it possible to analyze the modification of the characteristic scales of such flow by the interfacial interactions. The twofluid first order model is generalized finally with the case of high void fractions bubbly flows where the hydrodynamic interactions between the bubbles are not negligible any more.

Other Institution (co-tutelle):Ecole Nationale d'Ingénieurs de Tunis (Tunisie)
Department:Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse - IMFT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Masbernat, Lucien and Chahed, Jamel
Uncontrolled Keywords:Écoulement à bulles - Turbulence - Pseudo-turbulence - Fermeture au second ordre – Echelles caractéristiques - Modèle eulérien à deux fluides - Fermeture au premier ordre. KEYWORDS : Bubbly flow - Turbulence - Pseudo-turbulence - Second order closure - Characteristic scales - Two-fluid eulerian model - First order closure.
Subjects:Hydraulics > Fluid dynamics
Deposited On:29 September 2005

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