Courants de gravité
29409 mots
118 pages
Thèse présentée pour obtenir le titre de Docteur de l’Institut National Polytechnique de Toulouse Spécialité : Dynamique des FluidesMélange gravitationnel de fluides en géométrie confinée
Yannick HALLEZ
Soutenance le 10 décembre 2007 devant le jury composé de :
MM. Jacques MAGNAUDET Directeur des travaux de recherche Jean-Pierre HULIN Fabien GODEFERD Emil HOPFINGER John HINCH Olivier EIFF Rapporteur Rapporteur Membre Membre Membre
N° d’ordre : 2566
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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