Développement d'un code de calcul pour la simulation d'écoulements de fluides non miscibles : application à la désintégration assistée d'un jet liquide par un courant gazeux

• Auteur / Autrice : Frédéric Couderc
• Direction : Jean-Luc Estivalèzes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides numérique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Toulouse, ENSAE

Mots clés

Mots clés contrôlés

Atomisation

Géométrie algorithmique

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Méthode de projection

Méthode Level Set

Méthode Ghost Fluid

Nappe liquide

Résumé

L’objet de cette thèse a été de développer un code de calcul pour la simulation d'écoulements diphasiques de fluides non miscibles, incompressibles et isothermes afin de l'appliquer au phénomène de fragmentaition d’un jet liquide, et plus particulièrement à la désintégration assistée d’une nappe de liquide par deux écoulements d’air portés à haute vitesse. Les choix des hypothèses physiques et des schémas numériques associés ont été fait afin de respecter au mieux la physique complexe de brisure d’un jet liquide. La résolution des équations de Navier-Stokes incompressibles est faite de façon directe par le biais d’une méthode de projection. La méthode naissante et prometteuse Level-Set assure quant à elle le suivi numérique de la surface de séparation entre deux fluides non rniscibles. Enfin, la méthode Ghost Fluid permet un traitement correct des discontinuités à la traversée de l'interface en préservant au niveau discret les conditions de saut entre équilibre des forces de capillarité, de pression et de viscosité. Les bonnes aptitudes de tels schémas numériques sont montrées à travers une batterie de cas tests académiques. Les mécanismes physiques mis en jeu lors de l'atomisation primaire d’un jet liquide ont fait l’objet de nombreuses études théoriques et expérimentales. Les instabilités se développant à la surface du liquide sont multiples et clairement tridimensionnelles. Actuellement et malgré beaucoup d’efforts de recherche, aucune théorie ou modèle ne rend compte rigoureusement de ce phénomène. Or, il est montré que l’outil numérique peut apporter une lumière nouvelle. Par exemple, l'impact de la couche limite gazeuse sur la fréquence d’oscillation est étudié. Nous avons également pu retrouver par la simulation la dynamique ligamentaire intrinsèque à la désintégration assistée d’un jet liquide.