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Thèse soutenue

Etude de l'influence des particules sur la turbulence à partir de simulations directes et de simulations des grandes échelles d'écoulements diphasiques gaz solides homogènes isotropes stationnaires

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Auteur / Autrice : Marc Boivin
Direction : Roland Borghi
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance en 1996
Etablissement(s) : Rouen

Résumé

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L'interaction réciproque entre une turbulence fluide et des inclusions dispersées a été étudiée à l'aide de simulations numériques directes (DNS) en turbulence homogène isotrope stationnaires forcée. Le temps de relaxation des particules va de l'échelle turbulente de Kolmogorov à celle eulérienne et la charge de 0 à 1. L'analyse a été effectuée dans le cadre du modèle eulérien complété de l'approche lagrangienne développés au Laboratoire National d'Hydraulique et étendue au couplage inverse et aux effets de Reynolds. On trouve que les particules dissipent en moyenne de l'énergie turbulente. Les spectres de taux d'échange d'énergie entre phases montrent que les particules entraînent le fluide sur les grands nombres d'onde, expliquant la croissance relative constatée des petites échelles turbulentes. Une analyse spectrale révèle que le mécanisme physique responsable est celui du transfert de covariance fluide-particules par la turbulence. Concernant la modélisation, la dépendance en Reynolds et la contribution directe de la charge s'avèrent essentielles pour bien prédire les moments de la phase dispersée. Une étude prospective pour des applications pratiques par simulations des grandes échelles (LES) a donné les résultats suivants : la LES peut s'utiliser pour les écoulements diphasiques totalement couplés à condition d'employer le modèle dynamique mixte de sous-maille et de prendre des particules de temps de relaxation supérieur à celui de coupure : le couplage inverse dépendrait davantage de la position de ce temps de relaxation par rapport au temps eulérien que par rapport à celui de Kolmogorov.