Etudes expérimentales et numériques des écoulements inertiels de fluides à seuil autour d'un cylindre

Experimental and numerical study of inertial flow around a cylinder for yield stress fluid

• Auteur / Autrice : Stephane Mossaz
• Direction : Pascal Jay, Albert Magnin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, génie mécanique
• Date : Soutenance le 02/12/2011
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de Rhéologie
• Jury : Président / Présidente : Michel Lebouche
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Jay, Albert Magnin, Jean-luc Ravanat, Leon Sanche, Bruno Chauffert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dominique Anne-archard, Patrick Bourgin, Bengt Jonsson

Mots clés

Mots clés libres

Circular cylinder

Inertia

Viscoplastic fluid

Oldroyd Number

Strouhal Number

Instabilities

Critical Reynolds

Unyielded zones

Cylindre circulaire

Ecoulement inertiel

Fluide viscoplastique

Nombre d’Oldroyd

Nombre de Strouhal

Critère d’instabilité

Reynolds Critique

Zones rigides

Résumé

Les écoulements rampants, recirculants et instationnaires d’un fluide viscoplastique autour d’un cylindre ont été étudiés.Numériquement, les morphologies des écoulements, la localisation des zones rigides, les champs de contraintes et pression autour du cylindre ainsi que le coefficient de traînée, ont été déterminés sur un large domaine des nombres de Reynolds et d’Oldroyd.Expérimentalement, les fluides étudiés sont des gels de polymère Carbopol®. Le comportement élastoviscoplastique de ces gels a été modélisé par une loi d’Herschel-Bulkley adaptée. Le montage expérimental conçu et réalisé a été validé par l'étude de l'écoulement d'un fluide newtonien autour d'un cylindre et la mise en place d’une procédure adaptée pour les fluides à seuil.On a pu constater l'influence des conditions d’interface avec l’apparition d’une morphologie de lâchers de tourbillons simultanés et symétriques.

Creeping, recirculating and unsteady flows around a cylinder for yield stress fluid were studied.Numerically, morphologies of the flows, the location of the unyielded zones, the pressure and stress fields around the cylinder and the drag coefficient were determined over a wide range of Reynolds and Oldroyd numbers.Experimentally, fluids studied are polymer gels Carbopol®. The elastoviscoplastic behavior of these gels was modeled by a Herschel-Bulkley adapted law. The experimental setup was designed and validated by studying the flow of a newtonian fluid around a cylinder. An appropriate procedure for the viscoplastic fluid was implemented.We observe the influence of interface conditions with the appearance of a morphology showing simultaneous and symmetrical vortex shedding.