Etude expérimentale du sillage d'un obstacle, en présence de combustion, dans un écoulement de canal turbulent pleinement développé
Etude expérimentale du sillage d'un obstacle, en présence de combustion, dans un écoulement de canal turbulent pleinement développé

Author: Stéphane Sanquer

Publisher:

Published: 1998

Total Pages: 269

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L'ETUDE EXPERIMENTALE QUE NOUS PRESENTONS DANS CE MEMOIRE DE THESE CONCERNE LA CARACTERISATION DE LA STRUCTURE MOYENNE ET INSTANTANEE DES SILLAGES INERTES ET REACTIFS SE DEVELOPPANT DERRIERE UN OBSTACLE PLACE DANS UN CANAL ALIMENTE PAR DE L'AIR OU PAR UN PREMELANGE DE PROPANE ET D'AIR. CETTE ETUDE SE PLACE DANS LE CADRE DE LA VALIDATION ET L'AMELIORATION DES CODES DE CALCUL ET DES MODELES DE TURBULENCE INCLUANT LA SEPARATION DES ECHELLES COHERENTES ET ENERGETIQUES DES ECHELLES DISSIPATIVES A CARACTERE ISOTROPE ET UNIVERSEL. L'ECOULEMENT DE CANAL EN AMONT DE LA VEINE D'ESSAI, AINSI QUE LES ECOULEMENTS DE SILLAGES INERTES ET REACTIFS SONT ETUDIES AU MOYEN D'UN VELOCIMETRE DOPPLER LASER POUR LE CHAMP DE VITESSE, DE THERMOCOUPLES POUR LE CHAMP DE TEMPERATURE. DES TRAITEMENTS STATISTIQUES APPROPRIES FOURNISSENT LES MOMENTS STATISTIQUES D'ORDRE 1 A 4, LES FONCTIONS DENSITE DE PROBABILITE, LES DENSITE SPECTRALE D'ENERGIE AINSI QUE LES ECHELLES DE LA TURBULENCE. NOUS NOUS INTERESSONS PLUS SPECIFIQUEMENT AUX MODIFICATIONS QU'INDUIT LA COMBUSTION SUR LES CARACTERISTIQUES DE LA TURBULENCE ET DES STRUCTURES COHERENTES TYPIQUES DES ECOULEMENTS DE SILLAGE ETUDIES. NOUS MONTRONS QUE L'INTRODUCTION DE LA COMBUSTION DANS LE SILLAGE EST RESPONSABLE D'UNE RESTRUCTURATION COMPLETE DU SILLAGE AVEC LA DISPARITION DES STRUCTURES PERIODIQUES DUES A L'ECHAPPEMENT TOURBILLONNAIRE ALTERNES. LA DECOMPOSITION DE L'ENERGIE ASSOCIEE AU MOUVEMENT INSTATIONNAIRE DANS LE DOMAINE SPECTRAL MONTRE QUE LA COMBUSTION INDUIT EGALEMENT UNE MODIFICATION DES FLUCTUATIONS DE VITESSE ASSOCIEES AUX MOUVEMENTS STOCHASTIQUES. L'ENSEMBLE DES ECHELLES ET DES GRANDEURS STATISTIQUES DETERMINEES DANS CETTE ETUDE EST ANALYSE DANS LE BUT DE PRECISER LA COHERENCE ET LE DOMAINE DE VALIDITE DES DIFFERENTS MODELES ET EQUATIONS DE FERMETURE HABITUELLEMENT UTILISES POUR LES TRANSPORTS ET LA COMBUSTION POUR UNE MODELISATION NUMERIQUE DES ECOULEMENTS TURBULENTS REACTIFS.

Etude expérimentale d'un sillage confiné se développant en aval d'un corps d'arrêt
Etude expérimentale d'un sillage confiné se développant en aval d'un corps d'arrêt

Author: Stéphane Duplantier

Publisher:

Published: 1995

Total Pages: 233

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CE MEMOIRE EST CONSACRE A LA PRESENTATION DE L'ETUDE EXPERIMENTALE D'UNE ZONE DE COMBUSTION TURBULENTE STABILISEE DANS LE SILLAGE D'UN OBSTACLE PLACE DANS UN ECOULEMENT DE CANAL TURBULENT PLEINEMENT DEVELOPPE ALIMENTE PAR UN PREMELANGE DE PROPANE ET D'AIR. ON ETUDIE LA SENSIBILITE DES CARACTERISTIQUES DES ECOULEMENTS INERTES ET REACTIFS A UNE MODIFICATION DU DEBIT D'ALIMENTATION DU CANAL, DE LA FORME ET DE LA SECTION DE L'OBSTACLE ET DU TAUX DE BLOCAGE DEFINI COMME ETANT LE RAPPORT ENTRE LA HAUTEUR DE L'OBSTACLE ET LA HAUTEUR DU CANAL. LA COMPARAISON DES CARACTERISTIQUES DE CES DEUX TYPES D'ECOULEMENT PRESENTANT LES MEMES CONDITIONS DE DEBIT ET DE GEOMETRIE D'OBSTACLE MONTRE QUE, MALGRE LA SIMILARITE APPARENTE DE LA NATURE DE LA STRUCTURE ASSOCIEE AU CHAMP DE VITESSES MOYENNES QUI SE MANIFESTE NOTAMMENT PAR LA PRESENCE D'UNE ZONE DE RECIRCULATION SUIVIE PAR UNE ZONE DE SILLAGE, LE CONTENU ENERGETIQUE DES SPECTRES TEMPORELS DES SIGNAUX DE VITESSES EST PROFONDEMENT MODIFIE LORSQUE L'ON PASSE DE L'ECOULEMENT INERTE A L'ECOULEMENT REACTIF. DANS LE CAS INERTE, LES SPECTRES DE VITESSES PRESENTENT, EN PARTICULIER AU VOISINAGE DE L'AXE DE SYMETRIE DU CANAL ET POUR LA COMPOSANTE TRANSVERSE DE LA VITESSE, UNE FREQUENCE MARQUEE QUI EST ASSOCIEE A LA PRESENCE D'UN ECHAPPEMENT TOURBILLONNAIRE. DANS LE CAS REACTIF, ON OBSERVE UNE DISPARITION COMPLETE DE CETTE FREQUENCE MARQUEE SUR LA COMPOSANTE TRANSVERSE DE LA VITESSE AVEC, DANS CERTAINS CAS, APPARITION D'UNE FREQUENCE MARQUEE SUR LA COMPOSANTE LONGITUDINALE ET SUR LE SPECTRE DU SIGNAL DE TEMPERATURE. CETTE MODIFICATION DES CARACTERISTIQUES SPECTRALES DU SIGNAL DE VITESSE S'ACCOMPAGNE D'UNE FORTE DIMINUTION DES FLUCTUATIONS DE VITESSE TRANSVERSE ET D'UN MAINTIEN DU NIVEAU DES FLUCTUATIONS DE VITESSE LONGITUDINALE. CES RESULTATS MONTRENT QUE, SI DES STRUCTURES ORDONNEES EXISTENT ENCORE AU SEIN DE L'ECOULEMENT REACTIF, LEUR CONTENU ENERGETIQUE EST, AU MAXIMUM, DE L'ORDRE DE GRANDEUR DE CELUI ASSOCIE A LA TURBULENCE

Étude expérimentale et numérique d'un écoulement de paroi décéléré en turbulence pleinement développée
Étude expérimentale et numérique d'un écoulement de paroi décéléré en turbulence pleinement développée

Author: Laurence Brunet-Lartaud

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Published: 1997

Total Pages: 169

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LA PRESENTE ETUDE A ETE ENTREPRISE AFIN DE MIEUX COMPRENDRE LA DEFAILLANCE DES MODELES DE TURBULENCE A EQUATIONS DE TRANSPORT DANS LE CAS D'ECOULEMENT PARIETAUX A FORT GRADIENT DE PRESSION DEFAVORABLE. POUR CELA, UNE EXPERIENCE A ETE IMAGINEE DANS LAQUELLE UN ECOULEMENT DE CANAL PLAN ETABLI EST SOUMIS A UNE FORTE DECELERATION AU TRAVERS D'UN DIFFUSEUR PLAN ASYMETRIQUE. LA DIFFERENCE ESSENTIELLE ENTRE CETTE CONFIGURATION ET LE CAS, PLUS SOUVENT ETUDIE, DE COUCHE LIMITE DECELEREE RESIDE DANS LA STRUCTURE DE LA ZONE EXTERNE QUI EST PLEINEMENT TURBULENTE DANS NOTRE CAS ET INTERMITTENTE POUR UNE COUCHE LIMITE. LA COMPARAISON AVEC LES RESULTATS DE CALCUL ISSUS DU MODELE (, ) EST PRESENTEE, AVEC L'INTENTION DE MONTRER QUE L'HYPOTHESE SELON LAQUELLE LA DEFICIENCE CONNUE DU MODELE EN ZONE EXTERNE POURRAIT-ETRE RELIEE A LA PRESENCE DU PHENOMENE D'INTERMITTENCE. LES RESULTATS OBTENUS SEMBLENT INDIQUER QUE LES PREDICTIONS D'UN ECOULEMENT DE PAROI EN TURBULENCE PLEINEMENT DEVELOPPEE NE PRESENTENT PAS LES DEFAILLANCES OBSERVEES EN COUCHE LIMITE DECELEREE. LE COEFFICIENT DE FROTTEMENT, LES EPAISSEURS CARACTERISTIQUES, LES PROFILS DE VITESSE DEFICITAIRE ET LES PROFILS DES GRANDEURS TURBULENTES SONT EN BON ACCORD AVEC L'EXPERIENCE. EN CONSEQUENCE, EN LES SENSIBILISANT AU PHENOMENE D'INTERMITTENCE, ON EST AMENE A PENSER QUE LA REPONSE DES MODELES POURRAIT-ETRE AMELIOREE.

Etude expérimentale du sillage turbulent d'un corps à symétrie de révolution autopropulsé par hélice
Etude expérimentale du sillage turbulent d'un corps à symétrie de révolution autopropulsé par hélice

Author: Thierry Faure (physicien).)

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Published: 1995

Total Pages: 172

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Un sillage est la zone de perturbations turbulentes que laisse derrière lui tout corps en mouvement dans un fluide. Parmi les sillages de corps profilés auxquels on s'intéresse ici, il convient de différencier les sillages de trainée, des sillages de corps propulsés. Dans ce dernier cas, la connaissance des caractéristiques de l'écoulement présente un intérêt certain pour la détection des véhicules. L'objectif de cette étude est d'apporter les informations expérimentales les plus complètes possibles sur l'évolution du champ de vitesse. Pour cela nous avons mis en place une expérience en soufflerie anéchoïque. Un systême d'acquisition automatisé des trois composantes du vecteur vitesse instantanée a été développé spécialement. Une exploration des sillages pur et autopropulsé du même corps est effectuée pour un vaste domaine (de 0,2 a 50 diamêtres de maquette en aval du corps). Un résultat original de cette étude est la mise en évidence experimentale de l'existence d'une affinité pour un sillage lointain de corps autopropulsé par hélice. Nous avons déterminé tous les termes de l'équation d'énergie cinétique turbulente accessibles à la mesure. Pour le sillage de corps autopropulsé par hélice, le fait que la production d'énergie cinétique turbulente soit négligeable dans la zone affine est un résultat expérimental important. L'analyse des densités spectrales de puissance met en evidence, dans le cas du sillage autopropulsé, un signal large bande auquel viennent s'ajouter des raies spectrales. Ce constat nous a conduit à effectuer un traitement statistique de la vitesse en phase avec la rotation de l'hélice. On obtient une visualisation des structures organisées de l'écoulement, presentes pour une région qui s'étend jusqu'a deux diamètres du corps en aval de celui-ci.

Étude expérimentale d'un écoulement turbulent en canal horizontal avec injection pariétale de bulles
Étude expérimentale d'un écoulement turbulent en canal horizontal avec injection pariétale de bulles

Author: Céline Gabillet

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Published: 1998

Total Pages: 293

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La prédiction des écoulements turbulents à bulles nécessite de connaître et de modéliser les conditions aux limites à la paroi, en particulier lorsque les bulles sont générées à la paroi. Dans cette optique, nous étudions par voie expérimentale l'injection de petites bulles d'air à la paroi inférieure d'un canal horizontal dans un écoulement d'eau turbulent isotherme, bidimensionnel et établi. La distribution des phases, les vitesses et diamètres de bulles sont caractérisés à l'aide d'une sonde à fibres optiques. Les composantes de la vitesse du liquide ainsi que le frottement turbulent sont mesures par anémométrie a film chaud. Le développement longitudinal de la couche de bulles, ainsi que les mécanismes de mise en vitesse des inclusions sont étudiés. Nous montrons la similitude des profils de taux de vide et le rôle joué par les interactions entre les bulles et avec la turbulence du liquide, sur les transferts de quantité de mouvement entre les phases. L'excès des fluctuations de vitesse de la phase liquide près de la paroi est analysé et attribué en grande partie au glissement des bulles. Nous montrons qu'aucune influence de la rugosité des bulles à la paroi n'est à prendre en compte. La loi logarithmique des vitesses est valable, mais l'universalité de la pente est remise en cause. Le frottement turbulent est calculé et comparé aux mesures. Parmi les mécanismes prépondérants qui contribuent à l'augmentation du frottement de paroi, nous mettons en évidence en plus du rôle de l'allégement du fluide par l'injection des bulles, l'influence du développement de l'écoulement moyen. Un complément d'analyse est réalisé sur des mesures de la littérature en écoulement bouillant ascendant de freon 113. La turbulence de la phase liquide se trouve fortement modifiée à la fois par la nucléation de bulles de vapeur à la paroi et par les forces de gravite qui provoquent un glissement important des bulles.

Etude expérimentale de l'interaction combustion-turbulence
Etude expérimentale de l'interaction combustion-turbulence

Author: Francis Sabathier

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Published: 1984

Total Pages: 316

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DANS LES BRULEURS ORIGINAUX ET A L'AIDE DE DIAGNOSTICS NON INTRUSIFS BASES SUR DES TECHNIQUES LASER IL A ETE MIS EN EVIDENCE LES EFFETS HYDRODYNAMIQUES ASSOCIES A LA RETROACTION DU MOUVEMENT DU FRONT DE LA FLAMME SUR L'ECOULEMENT TURBULENT AMONT. CE PHENOMENE SE TRADUIT PAR UNE ATTENUATION SPECTACULAIRE DES BASSES FREQUENCES PRESENTES DANS LE SPECTRE DE LA TURBULENCE DE L'ECOULEMENT EXCITATEUR. AU VOISINAGE DU SEUIL D'INSTABILITE, ON MET EN EVIDENCE L'EMERGENCE D'UN PHENOMENE DE RESONANCE LORSQUE LA TAILLE CARACTERISTIQUE DES TOURBILLONS SE RAPPROCHE DE CELLE DES STRUCTURES CELLULAIRES

Simulation des grandes échelles des écoulements turbulents inertes et réactifs en aval d’un élargissement brusque symétrique
Simulation des grandes échelles des écoulements turbulents inertes et réactifs en aval d’un élargissement brusque symétrique

Author: Phu Khanh Nguyen

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Published: 2006

Total Pages: 140

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Ce travail est consacré à la simulation numérique des grandes échelles des écoulements turbulents inertes et réactifs en aval d’un élargissement brusque symétrique, alimenté par deux écoulements de canal pleinement développés. L’objectif de cette étude est, dans un premier temps, d’explorer les possibilités offertes par la résolution d’équations différentielles stochastiques (EDS) permettant d'imposer des conditions aux limites instationnaires et initialiser un calcul utilisant la simulation numérique des grandes échelles (LES). Cette méthode de génération de conditions aux limites instationnaires a ensuite été introduite au sein d’un code de mécanique des fluides réactifs de type LES utilisant un modèle de sous-maille de type Smagorinsky ainsi qu’un modèle de combustion de type Eddy-Break-Up. Les résultats décrivent la structure de l’écoulement dans les trois cas (1) d’un fluide inerte, (2) d’un mélange de deux fluides inertes non isothermes et (3) de combustion d’un mélange très pauvre. Les résultats soulignent que l’introduction de conditions d’entrée générées par EDS permet de mieux représenter les champs fluctuants avec des propriétés correspondantes aux mesures expérimentales disponibles. En ce qui concerne les écoulements inertes en aval de l’élargissement brusque, on retrouve bien la dissymétrie observée expérimentalement entre les deux zones de recirculation. Celle-ci est engendrée par une légère différence entre les vitesses d’entrée dans les deux canaux. L’étude de l’écoulement dans le cas où les deux canaux sont alimentés par des fluides inertes mais de températures différentes, a permis de caractériser l’influence du gradient transversal de température à l’entrée et des conditions d’entrée sur le développement de la couche de mélange en aval. Pour les écoulements réactifs, la structure de l’écoulement dans la chambre est altérée, notamment par la variation des longueurs des zones de recirculation, et l’analyse instationnaire a permis de mettre en évidence l’existence d’un faible battement du front de flammes dans la chambre.

Etude expérimentale d'une flamme de prémélange stabilisée dans un écoulement turbulent à point d'arrêt
Etude expérimentale d'une flamme de prémélange stabilisée dans un écoulement turbulent à point d'arrêt

Author: Xavier Coron

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Published: 2006

Total Pages: 202

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La flamme à point d'arrêt est une configuration académique d'écoulement réactif offrant la possibilité de comparer les résultats de l'analyse théorique avec les données expérimentales. La disposition géométrique retenue pour ce travail est celle d'un écoulement axisymétrique turbulent heurtant sous indice normale une paroi solide : dans ces conditions, une flamme de prémélange peut être stabilisée entre le plan d'injection et la paroi solide. Les conditions de faible turbulence et l'hypothèse d'un régime de flammelette permettent de mener une analyse asymptotique de cet écoulement réactif et en particulier d'exprimer les termes de transport turbulent de masse sous la forme d'une expression algébrique. Sur le plan de l'application, la combustion dans des écoulements étirés et eventuellement non-isenthalpiques du fait des pertes thermiques pariétales est une problématique récurrente rencontrée dans la conception des foyers industriels : l'étude des propriétés dynamiques et structurales d'une flamme stabilisée au voisinage d'une paroi adiabatique ou non permet d'étudier les influences respectives de l'étirement et de la température de paroi. Sur le plan fondamental, l'ambition est le développement de modèles de combustion à fonction densité de probabilité multi-dimensionnelles, prenant en compte une variable d'avancement de la combustion, l'enthalpie, voire la fraction de mélange. Dans un premier temps, l'objectif est limité à la mesure simultanée des champs de vitesse et de variable d'avancement de la combustion en conditon de paroi adiabatique.Le banc Vestales, conçu pour atteindre cet objectif, est composé d'un injecteur de prémélange réactif (propane-air), équipé d'une grille de turbulence et d'une paroi solide disposée en vis-à-vis. Les mesures de vitesse sont effectuées par Anémométrie Doppler Laser (A.D.L.) et Vélocimétrie par Images de Particules (V.I.P.). Afin de déterminer simultanément la variable d'avancement à partir des images V.I.P., un traitement d'image original a été développé pour l'extraction du contour des fronts de flammes locales (flammelettes). Le couplage des contours actifs aux approches frontières et régions s'avère une méthode robuste et précise permettant une analyse topologique du contour. L'étude est limitée à deux valeurs de l'étirement (100 et 120 s^{-1}) et de richesse (0,89 et 0,99). L'écoulement a été caractérisé par A.D.L. et V.I.P. dans différents plans. Une analyse statistique et fréquentielle de la turbulence est proposée. Les grandeurs caractéristiques de la turbulence sont exprimées en terme de moyenne de Reynolds et de Favre, en particulier le flux turbulent de la variable d'avancement, ce qui autorise la comparaison avec des résultats issus de la théorie asymptotique d'une part et de la simulation numérique bidimensionnelle d'autre part.

Etude numerique et experimentale d'un ecoulement turbulent complexe
Etude numerique et experimentale d'un ecoulement turbulent complexe

Author: Patrick B.. Spitz

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Published: 1980

Total Pages: 30

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etude d'une couche limite bidimensionnelle se developpant sur un cylindre dont l'axe est parallele a la direction de la vitesse exterieure. a une position ou l'ecoulement est pleinement developpe une partie du cylindre est mise en rotation, creant ainsi des effets tridimensionnels qui peuvent etre importants. mesures de pression et de vitesse moyenne dans la sous-couche a proximite de la paroi. determination des coefficients de frottement et mesures de turbulence. analyse numerique a l'aide d'un schema de longueur de melange modifie