Caracterisation de la structure d'ecoulement et du transfert de matiere global dans un ecoulement tourbillonnaire turbulent en geometrie annulaire

Characterization of flow structure and global mass transfer in an annular turblent swirl flow

• Auteur / Autrice : GERALDINE LEFEBVRE
• Direction : Jack Legrand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Nantes

Résumé

Nous avons caracterise, dans ce memoire, la structure tourbillonaire turbulente d'un ecoulement asymetrique engendre par une entree tangentielle entre deux cylindres coaxiaux. L'analyse des valeurs moyennes et fluctuantes du gradient de vitesse sur les parois interne et externe revele la complexite et le caractere fortement tridimensionnel de l'ecoulement a la base de la cellule. L'entree tangentielle engendre un mouvement principal de type helicoidal, dont le centre est decale de l'axe de la cellule. L'ecoulement au voisinage de la paroi interne est caracterise par la formation d'une zone de recirculation a l'interieur de laquelle se developpe des instabilites centrifuges, sous l'effet de la courbure de la paroi convexe. Au voisinage de la paroi externe, l'ecoulement est caracterise par un gradient de vitesse, et donc une vitesse locale, plus eleve comparativement a la paroi interne. Par contre, le faible niveau des caracteristiques turbulentes, pres de la paroi externe, semblent indiquer un phenomene de laminarisation de l'ecoulement tourbillonnaire. L'analyse spectrale des fluctuations ou gradient de vitesse est obtenue a partir des signaux issus des sondes electrochimiques en utilisant une fonction de transfert qui tient compte des amortissements des fluctuations hydrodynamiques dans la couche limite diffusionnelle. L'etude du transfert de matiere global sur les deux parois a permis de mettre en evidence l'influence de l'augmentation de la vitesse locale sur le transfert de matiere, tout particulierement sur la paroi externe. L'evolution de la decroissance axiale du transfert de matiere global sur le cylindre exterieur est directement lie a celle de l'intensite tourbillonnaire de l'ecoulement non entretenu. La tridimensionalite de l'ecoulement a la base de la cellule est egalement mise en evidence par la difference importante entre les coefficients de transfert de matiere sur les deux parois. Les coefficients sur la paroi interne sont pratiquement deux fois plus faibles que ceux obtenus sur la paroi externe. Une etude des pertes de charge globales de la cellule est ensuite realisee afin d'evaluer la rentabilite, d'un point de vue energetique, du dispositif.