Analyse experimentale et numerique de deux procedes complementaires de melange et de transfert en ecoulement tridimensionnel ouvert : advection chaotique laminaire et ecoulement turbulent eulerien

Experimental and numerical analysis of two complementary mixing and heat transfer processes in three dimensional open flows : laminar chaotic advection and turbulent flow

• Auteur / Autrice : ASEN MOKRANI
• Direction : Hassan Peerhossaini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Nantes

Résumé

Le but de notre travail est d'etudier deux procedes de melange des fluides. Le premier consiste a generer des trajectoires chaotiques dans un ecoulement de dean alterne en regime laminaire. Il est applicable au traitement des fluides visqueux ou fragiles. Une analyse qualitative du melange a ete faite numeriquement. On montre une nette amelioration de la qualite apparente du melange par rapport a un ecoulement de dean non alterne. Un dispositif experimental mis au point permet d'analyser l'effet des trajectoires chaotiques sur les transferts thermiques en comparant un echangeur helicoidal et un echangeur en configuration de dean alterne. Ce dernier presente un chauffage plus homogene. De plus, l'homogeneite du chauffage ne semble pas dependre du nombre de reynolds. On constate egalement une amelioration de l'efficacite de l'echangeur qui atteint 28% au plus faible nombre de reynolds (60). On termine par une mesure du degre chaotique des trajectoires. Du fait que le systeme etudie soit conservatif, nous avons ete amenes a adapter le calcul de quelques criteres issus de la theorie ergodique du chaos. Le second procede de melange consiste a generer un ecoulement turbulent dans un melangeur en ligne. Nous le testons afin de l'utiliser en tant que reacteur. Une campagne de visualisations des structures generees dans l'ecoulement a montre leur role dans le mecanisme de transfert. Les champs de la vitesse moyenne et du taux de turbulence ont ete mesures par velocimetrie laser. A partir des fonctions d'autocorrelaton temporelle de la vitesse, nous avons pu deduire la macro-echelle des fluctuations et le taux de dissipation de la turbulence. Les donnees experimentales ont ete completees par une modelisation de l'ecoulement. Une comparaison des resultats numeriques et experimentaux met en evidence les limites du modele k- standard. Un modele de turbulence issu de la theorie rng se montre plus approprie.