Contribution à l'étude de la réduction de la traînée en écoulement turbulent d'une solution de CTAC

Contribution to the study of drag reduction in turbulent flow of CTAC solution

• Auteur / Autrice : Ferhat Hadri
• Direction : Sylvain Guillou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Vélocimétrie par images de particules

Rhéologie

Perte de charge

Surfactants

Turbulence

Mots clés libres

Frottement à la paroi

Résumé

La réduction de la traînée est un phénomène d’écoulement qui, par la présence de très petites quantités d’additifs (polymères ou tensio-actifs) dans un fluide quelconque, consiste en une réduction significative du frottement à la paroi en régime turbulent. Certaines solutions d’additifs, en interagissant avec la structure de la turbulence conduisent à une réduction du frottement pouvant aller jusqu’à 90 % par rapport au solvant pur. Ceci induit une réduction de la puissance de pompage de l’ordre de 30 %. La réduction de la traînée peut trouver son application dans des systèmes de chauffage et de refroidissement urbains, dans le domaine pétrolier (pipelines), …Dans ce travail de thèse une contribution à l’étude de ce type d’écoulement a été menée. Une solution réductrice de la traînée à base de « CTAC/NaSal » à faible concentration a été largement explorée. La rhéométrie, la vélocimétrie par images de particules (PIV) et des modèles numériques sont utilisés. Ainsi, les solutions de tensio-actifs ont été caractérisées rhéologiquement. Plusieurs paramètres influençant la réduction de la traînée en conduite ont été étudiés. Le phénomène de glissement à la paroi a été abordé par une étude dans une géométrie de Couette. Enfin, un modèle de comportement rhéologique issu des mesures rhéologiques a été testé par Simulation Numérique Directe (DNS). Les principaux résultats qui ressortent de ce travail montrent que le mécanisme de la réduction de la traînée est conditionné par plusieurs paramètres par contre, le glissement à la paroi n’est pas forcement responsable de la réduction de la traînée.

Drag reduction by the use of additives is a physical phenomenon which induces a significant reduction of wall friction under a turbulent flow. Some additive solutions, interacting with the structure of turbulence lead to a reduction of friction of up to 90 % and induce a reduction of about 30 % of pumping energy compared to that using pure water. Turbulent drag reduction by surfactants can be used in heating and cooling systems, in oil transport (pipelines), …In this work, a contribution to the study of drag reduction was carried out. An aqueous solution of additive « CTAC/NaSal » at low concentration has been studied and explored. Rheometry, particle image velocimetry (PIV) and different numerical models were used to characterize the solution of surfactants. Several parameters influencing the drag reduction such as temperature, concentration and flow geometry were studied. The phenomenon of wall slip has been particularly explored in Couette geometry. Finally, a model of rheological behaviour was also tested by direct numerical simulation (DNS). The main results in this study show that the drag-reduction mechanism is conditioned specifically by many parameters, but not by the phenomenon of wall slip