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Mélange gravitationnel de fluides en géométrie confinée

Hallez, Yannick (2007) Mélange gravitationnel de fluides en géométrie confinée. (Buoyancy-driven mixing of fluids in a confined geometry.)

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Résumé

Ce travail basé sur la simulation numérique directe porte sur le mélange en géométrie confinée de deux fluides miscibles de densités différentes. Le mouvement des fluides est induit par la gravité. Différentes géométries sont étudiées : un tube cylindrique, un canal de section carrée et un écoulement purement bidimensionnel. Les simulations numériques confirment pleinement les résultats expérimentaux de Séon et al. en tube cylindrique, avec notamment la mise en évidence de trois régimes différents suivant l’inclinaison du tube. La comparaison des géométries montre que les écoulements tridimensionnels en tube et en canal inclinés présentent des comportements similaires tandis que le « modèle » bidimensionnel est incapable de donner des informations pertinentes sur un écoulement réel tridimensionnel tant au niveau quantitatif qu’au niveau phénoménologique. Une attention particulière est portée à l’analyse conjointe du champ de concentration et de la dynamique tourbillonnaire sous-jacente qui permet d’expliquer plusieurs aspects subtils de la dynamique du mélange. ABSTRACT : The present work based on Direct Numerical Simulations is devoted to the study of mixing between two miscible fluids of different densities. The movement of these fluids is induced by buoyancy. Three geometries are considered : a cylindrical tube, a square channel and a plane two-dimensional flow. For cylindrical tubes, the results of numerical simulations fully confirm previous experimental findings by Séon et al., especially regarding the existence of three different flow regimes, depending on the tilt angle. The comparison of the various geometries shows that tridimensional flows in tubes or channels are similar, whereas the two-dimensional model fails to give reliable information about real 3D flows, either from a quantitative point of view or for a phenomenological understanding. A peculiar attention is put on a joint analysis of the concentration and vorticity fields and allows us to explain several subtle aspects of the mixing dynamics.

Département ou laboratoire:Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse - IMFT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Magnaudet, Jacques
Mots-clés:Mélange – Turbulence – Gravité – Fluides - Confinement
Sujets:Hydraulique > Dynamique des fluides
Déposé le:28 Avril 2008

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