ETUDE DE L'INFLUENCE DES PARTICULES SUR LA TURBULENCE A PARTIR DE SIMULATIONS DIRECTES ET DE SIMULATIONS DES GRANDES ECHELLES D'ECOULEMENTS DIPHASIQUES GAZ SOLIDES HOMOGENES ISOTROPES STATIONNAIRES
ETUDE DE L'INFLUENCE DES PARTICULES SUR LA TURBULENCE A PARTIR DE SIMULATIONS DIRECTES ET DE SIMULATIONS DES GRANDES ECHELLES D'ECOULEMENTS DIPHASIQUES GAZ SOLIDES HOMOGENES ISOTROPES STATIONNAIRES

Author: MARC.. BOIVIN

Publisher:

Published: 1996

Total Pages: 218

ISBN-13:

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L'INTERACTION RECIPROQUE ENTRE UNE TURBULENCE FLUIDE ET DES INCLUSIONS DISPERSEES A ETE ETUDIEE A L'AIDE DE SIMULATIONS NUMERIQUES DIRECTES (DNS) EN TURBULENCE HOMOGENE ISOTROPE STATIONNAIRES FORCEE. LE TEMPS DE RELAXATION DES PARTICULES VA L'ECHELLE TURBULENTE DE KOLMOGOROV A CELLE EULERIENNE ET LA CHARGE DE 0 A 1 L'ANALYSE A ETE EFFECTUEE DANS LE CADRE DU MODELE EULERIEN COMPLETE DE L'APPROCHE LAGRANGIENNE DEVELOPPES AU LABORATOIRE NATIONAL D'HYDRAULIQUE ET ETENDUE AU COUPLAGE INVERSE ET AUX EFFETS DE REYNOLDS. ON TROUVE QUE LES PARTICULES DISSIPENT EN MOYENNE DE L'ENERGIE TURBULENTE. LES SPECTRES DE TAUX D'ECHANGE D'ENERGIE ENTRE PHASES MONTRENT QUE LES PARTICULES ENTRAINENT LE FLUIDE SUR LES GRANDS NOMBRES D'ONDE EXPLIQUANT LA CROISSANCE RELATIVE CONSTATEE DES PEITES ECHELLES TURBULENTES UNE ANALYSE SPECTRALE REVELE QUE LE MECANISME PHYSIQUE RESPONSABLE EST CELUI DU TRANSFERT DE COVARIANCE FLUIDE-PARTICULES PAR LA TURBULENCE. CONCERNANT LA MODELISATION, LA DEPENDANCE EN REYNOLDS ET LA CONTRIBUTION DIRECTE DE LA CHARGE S'AVERENT ESSENTIELLES POUR BIEN PREDIRE LES MOMENTS DE LA PHASE DISPERSEE. UNE ETUDE PROSPECTIVE POUR DES APPLICATIONS PRATIQUES PAR SIMULATIONS DES GRANDES ECHELLES (LES) A DONNE LES RESULTATS SUIVANTS : LA LES PEUT S'UTILISER POUR LES ECOULEMENTS DIPHASIQUES TOTALEMENT COUPLES A CONDITION D'EMPLOYER LE MODELE DYNAMIQUE MIXTE DE SOUS-MAILLE ET DE PRENDRE DES PARTICULES DE TEMPS DE RELAXATION SUPERIEUR A CELUI DE COUPURE : LE COUPLAGE INVERSE DEPENDRAIT DAVANTAGE DE LA POSITION DE CE TEMPS DE RELAXATION PAR RAPPORT AU TEMPS EULERIEN QUE PAR RAPPORT A CELUI DE KOLMOGOROV.

Dispersion de particules dans une turbulence homogène isotrope stationnaire calculée par simulation numérique directe des grandes échelles
Dispersion de particules dans une turbulence homogène isotrope stationnaire calculée par simulation numérique directe des grandes échelles

Author: E. Deutsch

Publisher:

Published: 1992

Total Pages: 14

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Afin d'étudier le comportement et les caractéristiques du mouvement fluctuant de particules entrainées par la turbulence, la dispersion de nuages de particules (25000-100000) a été simulée dans un champ de turbulence homogène isotrope stationnaire calculé à l'aide d'une simulation numérique directe des grandes échelles de la turbulence (large eddy simulation). L'équation du mouvement de chaque particule prend en compte la contribution des forces de trainée, de pression et de masse ajoutée. Des calculs de dispersion de particules en l'absence de forces extérieures ont été réalisés pour trois rapports de densité particules/fluide (=2000, 2. Et 0.001). La dispersion des particules les plus denses a également été simulée en appliquant une force de gravite pour étudier l'influence du glissement moyen entre les phases. Enfin, en appliquant une force extérieure variant linéairement dans une direction, la viscosité turbulente d'un nuage de particules denses a été calculée. Les résultats sont comparés avec des expressions analytiques obtenues à partir d'une extension de la théorie de Tchen qui consiste à calculer les caractéristiques du mouvement fluctuant des particules en fonction de la turbulence du fluide vue par les particules. Cette extension, à condition de prédire correctement les caractéristiques de la turbulence le long des trajectoires des particules, permet de prendre en compte divers phénomènes, l'effet de la ségrégation des bulles vers des zones à vitesse du fluide plus faible, l'effet de croisement de trajectoires. D'autre part ces simulations ont permis d'affiner et de valider l'expression des coefficients de transport turbulent de la phase dispersée utilisés pour la prédiction numérique des écoulements diphasiques a l'aide d'équations eulériennes dans les deux phases.

SIMULATIONS NUMERIQUES ET MODELISATION DES INTERACTIONS ENTRE L'ENTRAINEMENT PAR LA TURBULENCE ET LES COLLISIONS INTERPARTICULAIRES EN ECOULEMENTS GAZ-SOLIDE
SIMULATIONS NUMERIQUES ET MODELISATION DES INTERACTIONS ENTRE L'ENTRAINEMENT PAR LA TURBULENCE ET LES COLLISIONS INTERPARTICULAIRES EN ECOULEMENTS GAZ-SOLIDE

Author: JEROME.. LAVIEVILLE

Publisher:

Published: 1997

Total Pages: 351

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L'INFLUENCE D'UNE TURBULENCE HOMOGENE D'AIR ET DE COLLISIONS BINAIRES SUR LE COMPORTEMENT MACROSCOPIQUE D'UN NUAGE DE PARTICULES SOLIDES MONODISPERSEES, EST ETUDIEE A PARTIR DE SIMULATIONS NUMERIQUES DES GRANDES ECHELLES (LES), DU SUIVI LAGRANGIEN DES PARTICULES ET DU TRAITEMENT DIRECT DES CHOCS. LE DOMAINE DE CALCUL EST 3D PERIODIQUE DANS LEQUEL SEULE UNE FORCE DE TRAINEE VISQUEUSE S'EXERCE DU FLUIDE SUR LES PARTICULES. LE DIAMETRE, LA DENSITE ET LA FRACTION VOLUMIQUE DE LA PHASE DISPERSEE VARIENT, D'UNE SIMULATION A L'AUTRE, POUR REPRODUIRE DIFFERENTS TEMPS DE RELAXATION PARTICULAIRE ET TEMPS DE COLLISION. LES EQUATIONS EULERIENNES DES GRANDEURS MACROSCOPIQUES LIEES A LA PHASE DISPERSEE, SONT OBTENUES A PARTIR D'UNE DESCRIPTION MICROSCOPIQUE DE TRANSPORT, DE TYPE BOLTZMANN, SUR LA DISTRIBUTION JOINTE FLUIDE-PARTICULES. CE FORMALISME PERMET DE RELIER LES CORRELATIONS FLUIDE-PARTICULES, DANS LES TERMES DE TRANSFERTS INTERFACIAUX, A LA MODELISATION, DANS L'EQUATION DE BOLTZMANN, DE LA DERIVEE LAGRANGIENNE DU FLUIDE DE LONG DES TRAJECTOIRES PARTICULAIRES, ICI DECRITE PAR UN PROCESSUS DE TYPE LANGEVIN. SE PRESENTANT COMME UNE EXTENSION DU FORMALISME DE LA THEORIE CINETIQUE DES MILIEUX GRANULAIRES, IL PERMET EN OUTRE L'ECRITURE DES TERMES COLLISIONNELS. POUR CELA, L'HYPOTHESE CLASSIQUE DU CHAOS MOLECULAIRE EST ETENDUE A LA PRISE EN COMPTE DE LA CORRELATION, PAR LE FLUIDE, DES VITESSES DES PARTICULES AU MOMENT DES CHOCS. UNE FORME PRESUMEE DE LA FONCTION DE DISTRIBUTION FLUIDE-PARTICULES, EN REGIME ISOTROPE PUIS QUELCONQUE, PERMET DE CALCULER LES TERMES COLLISIONNELS. LA VALIDATION DU MODELE EST EFFECTUEE A PARTIR DE SIMULATIONS EN TURBULENCE ISOTROPE STATIONNAIRE OU SIMPLEMENT CISAILLEE. DANS LE PREMIER CAS, L'ANALYSE PORTE SUR LA PREDICTION DES FONCTIONS DE DISTRIBUTIONS, DU TEMPS DE COLLISION, DES ENERGIES ET DU COEFFICIENT DE DISPERSION. EN CISAILLEMENT SIMPLE, L'ACCENT EST MIS SUR L'EVOLUTION DES CORRELATIONS FLUIDE-PARTICULES ET DES CONTRAINTES CINETIQUES.

Contribution à l'étude du comportement de particules solides en écoulement turbulent confiné par simulation numérique directe
Contribution à l'étude du comportement de particules solides en écoulement turbulent confiné par simulation numérique directe

Author: Patrick Rambaud (docteur en mécanique et énergétique).)

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Published: 2001

Total Pages: 134

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Le comportement de particules solides dans un écoulement turbulent de gaz en canal est étudié par le biais de simulations numériques directes. La description mixte eulerienne et lagrangienne permet d'aborder la dispersion de petites particules solides à travers le calcul des temps intégraux de la turbulence v́ue ́le long de leurs trajectoires. Ces temps intégraux sont comparés aux estimations basées sur une corrélation semi-empirique issue de calculs directs dans le cas d'une turbulence homogène et isotrope. La comparaison révèle l'impossibilité d'utiliser la corrélation pour prédire la dispersion dans le sens de l'écoulement. Après ces considérations sur la dispersion, l'effet d'atténuation de ces mêmes particules solides sur la turbulence est aussi caractérisé. Les forces prises en compte sur les particules sont au moins la traînée non linéaire et la force de portance de Saffman toutes deux corrigées en proche paroi et utilisant une interpolation tridimensionnelle hermitienne.

I) SIMULATION DE LA TURBULENCE PAR LA METHODE DES GRANDES ECHELLES II) RESOLUTION D'EQUATIONS DE LA MECANIQUE DES FLUIDES PAR LA METHODE DES INCONNUES INCREMENTALES
I) SIMULATION DE LA TURBULENCE PAR LA METHODE DES GRANDES ECHELLES II) RESOLUTION D'EQUATIONS DE LA MECANIQUE DES FLUIDES PAR LA METHODE DES INCONNUES INCREMENTALES

Author: Pascal Poullet

Publisher:

Published: 1996

Total Pages: 212

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DANS CE TRAVAIL, NOUS EXPLORONS DEUX DOMAINES: LA CONCEPTION DE NOUVELLES METHODES DE SIMULATION D'ECOULEMENTS DE FLUIDES VISQUEUX INCOMPRESSIBLES ET L'ETUDE DE LA METHODE DE SIMULATION DES GRANDES ECHELLES (L.E.S.) POUR UN ECOULEMENT COMPRESSIBLE EN ETAT DE TURBULENCE HOMOGENE ISOTROPE. POUR NOTRE ETUDE DE LA L.E.S., NOUS FILTRONS LE CHAMP TOTAL DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES 3D ET MODELISONS L'ACTION DE LA COMPOSANTE RESIDUELLE SUR LA COMPOSANTE RESOLUE DE PLUSIEURS FACONS. DE PLUS, A PARTIR DU CONCEPT DE L'EQUATION MODIFIEE, UNE ETUDE THEORIQUE SUR NOTRE SCHEMA NUMERIQUE NOUS PERMET D'ECLAIRER L'INFLUENCE CERTAINE DE LA DISCRETISATION SUR LES MODELES DE FERMETURE. DANS UN CONTEXTE DE DEVELOPPEMENT DES METHODES DE GALERKIN NON LINEAIRE, LES INCONNUES INCREMENTALES (I.U.) ONT ETE INTRODUITES AFIN DE HIERARCHISER LES INCONNUES EN DIFFERENCES FINIES. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS VERIFIONS L'ASPECT DE PRECONDITIONNEUR EFFICACE DES I.U. SUR DIFFERENTS PROBLEMES MODELES ELLIPTIQUES (DIRICHLET 2D ET 3D, NEUMAN 2D). ENSUITE, APRES AVOIR RESOLU THEORIQUEMENT UNE EQUATION NON-LINEAIRE STATIONNAIRE DE TYPE NAVIER-STOKES, NOUS DEVELOPPONS PLUSIEURS METHODES IMPLICITES DE RESOLUTION ET PROUVONS L'EFFICACITE DES I.U. DANS DE NOMBREUX CAS. DANS UN DEUXIEME TEMPS, NOUS RESOLVONS NUMERIQUEMENT LES PROBLEMES DE STOKES ET NAVIER-STOKES INCOMPRESSIBLES 2D PAR UN ALGORITHME COUPLANT UNE PROJECTION ORTHOGONALE ET LA METHODE M.A.C. NOUS VALIDONS NOTRE METHODE POUR LA CAVITE ENTRAINEE POUR UN NOMBRE DE REYNOLDS DE 5000. FINALEMENT, NOUS ABORDONS LE DEVELOPPEMENT D'UNE NOUVELLE METHODE MULTI-NIVEAUX ADAPTATIVE PAR LA CREATION D'UNE NOUVELLE HIERARCHISATION D'UN MAILLAGE M.A.C., L'INTRODUCTION D'ESTIMATEURS DE DYNAMIQUE GLOBALE DE L'ECOULEMENT. AINSI, NOUS PROPOSONS DE NOUVEAUX SCHEMAS NOUS SEMBLANT ADAPTES A LA DYNAMIQUE DES ECOULEMENTS DE FLUIDES INCOMPRESSIBLES A GRAND NOMBRE DE REYNOLDS

Étude asymptotique et numérique de la modification de la turbulence par des particules inertielles
Étude asymptotique et numérique de la modification de la turbulence par des particules inertielles

Author: Jean-Régis Angilella

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Published: 1995

Total Pages: 164

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LA MISE EN EVIDENCE DE STRUCTURES COHERENTES DANS LES PETITES ECHELLES DES ECOULEMENTS TURBULENTS SUGGERE QUE DES MECANISMES SIMPLES (EN PARTICULIER LA CONCENTRATION DE LA VORTICITE ET L'ETIREMENT TOURBILLONNAIRE) JOUENT UN ROLE IMPORTANT DANS LES TRANSFERTS D'ENERGIE INTERNES A L'AGITATION TURBULENTE. NOUS NOUS SOMMES INTERESSES DANS UNE PREMIERE PARTIE AU PROCESSUS DE CREATION DE TELLES STRUCTURES A PARTIR DES RESULTATS DE SIMULATIONS NUMERIQUES DIRECTES DE TURBULENCE HOMOGENE ISOTROPE. LE SUIVI SPATIO-TEMPOREL DE NAPPES DE VORTICITE ISOLEES AU CUR DE L'ECOULEMENT TURBULENT SUGGERE QUE CELLES-CI PRODUISENT DES FILAMENTS DE VORTICITE PAR UN PROCESSUS DE CONCENTRATION DE LA VORTICITE SIMILAIRE A CELUI DECRIT PAR NEU A PARTIR DES MODELES DE NAPPE ET DE TOURBILLON DE BURGERS. LES SIGNATURES SPECTRALES DES STRUCTURES COHERENTES, ETABLIES A L'AIDE DE LA TRANSFORMATION EN ONDELETTES, SUGGERENT QUE LES FILAMENTS DE VORTICITE ONT UNE STRUCTURE PLUS PROCHE DU TOURBILLON DE BURGERS QUE DU TOURBILLON SPIRAL ET ETIRE DE LUNDGREN. L'EXTENSION DU MODELE ASYMPTOTIQUE DE NAPPE DE VORTICITE CONTRAINTE DE NEU AU CAS DIPHASIQUE MONTRE QUE DES PARTICULES ACCUMULEES SUR LA NAPPE ONT UN EFFET STABILISATEUR, ET S'OPPOSENT AINSI A LA CONCENTRATION DE LA VORTICITE. AINSI LES PARTICULES, QUI SONT SANS EFFET SUR LES TOURBILLONS DE GRANDE ECHELLE, POURRAIENT AVOIR UN EFFET NON NEGLIGEABLE SUR LES TRANSFERTS D'ENERGIE INTERNES A L'AGITATION TURBULENTE

Modélisation et simulation de l'influence de la turbulence sur les collisions dans les écoulements mono- et bi-solides
Modélisation et simulation de l'influence de la turbulence sur les collisions dans les écoulements mono- et bi-solides

Author: Pascal Fede

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Published: 2007

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Les travaux réalisés dans cette thèse sont consacrés aux collisions inter-particulaires qui se déroulent au sein des écoulements turbulents gaz-solides. Après avoir étudié les mécanismes jouant un rôle dans les collisions (interaction fluide-particules, concentration préférentielle, mouvement relatif des particules), deux types de modélisations sont présentés. La première consiste à utiliser des algorithmes stochastiques (ou cinétiques) afin de simuler le transport des particules et les collisions. La seconde, appelée modélisation "aux moments", consiste à établir les équations des moments de vitesses pour les deux phases. L'originalité des modèles proposés réside dans le fait qu'ils sont établis pour une phase dispersée composée de deux espèces de particules. Ces modèles ont été validés par comparaison avec des simulations numériques directes (DNS) ou des simulations numériques des grandes échelles (LES), couplées avec un suivi de particules discrètes (DPS) et un traitement déterministe des collisions.

Simulations de grandes échelles turbulentes en écoulement hors-équilibre
Simulations de grandes échelles turbulentes en écoulement hors-équilibre

Author: Ignace Befeno

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Published: 2006

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Dans le cadre des simulations de grandes structures, un nouveau modèle de sous- maille, à viscosité de turbulence, avec deux équations de transport a été développé. L'échelle caractéristique de vitesse de la viscosité de turbulence est évaluée par l'énergie cinétique de turbulence du champ implicite donnée par une première équation de transport. Quant à l'échelle de longueur, elle n'est plus unique, donnée par la taille de la grille du calcul, mais est estimée de manière dynamique par une deuxième équation d'évolution, celle pour la dissipation de l'énergie cinétique de turbulence de sous-maille. Ainsi, le modèle de sous-maille à deux équations se propose de répondre au problème posé par les situations de déséquilibre où la correspondance entre échelle de sous-maille et échelle de dissipation n'est plus justifiée. Ce qui implique que l'hypothèse d'une échelle de longueur de viscosité de turbulence déterminée par la seule largeur du filtre n'est plus réaliste.Dans ce mémoire, le modèle à deux équations est appliqué dans le cas d'un écoulement en non-équilibre spectral produit par la rencontre entre deux écoulements d'échelles différentes : la couche de mélange non cisaillée. Les résultats sont comparés aux données expérimentales de Veeravalli et Warhaft. Pour traiter ce cas, une nouvelle méthode de génération d'un champ analytique homogène, anisotrope a été mise au point pour créer des conditions d'entrée proches de l'expérience. Cette méthode a été validée au préalable dans le cas d'un écoulement de canal plan stationnaire.