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Thèse soutenue

Écoulements à bulles lents : structuration et agitation à nombres de Reynolds particulaires faibles à modérés

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Auteur / Autrice : Nicolas Rivière
Direction : Alain Cartellier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Énergétique physique
Date : Soutenance en 1998
Etablissement(s) : Grenoble INPG

Résumé

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L'etude, a caractere experimental marque, porte sur les ecoulements a bulles concourants ascendants en conduites verticales, tels que le nombre de reynolds liquide reste sous-critique et le nombre de reynolds particulaire reste faible a modere. Sont presentes plusieurs developpements sur des techniques de mesure classiques : qualification de sondes optiques et amelioration de l'anemometrie phase doppler appliquee a des inclusions de forte taille (identification et suppression d'une erreur systematique sur la mesure de vitesse). On propose et valide par ailleurs une methode originale donnant acces a la densite de paires de bulles. La campagne d'essais conduite sur les ecoulements de poiseuille a bulles plans a notamment permis de mettre en evidence des organisations inedites des phases avec l'apparition d'un rideau de bulles ou encore diverses instabilites a large echelle. Un modele analytique, fonde sur une distribution transverse de phases imposee, permet de restituer les profils de vitesse axiale liquide acquis lors des essais, ainsi que l'evolution du frottement parietal. On montre ainsi que, dans nos conditions, les contraintes axiale dues a la pseudo-turbulence restent negligeables par rapport aux contraintes visqueuses. La derniere partie de l'etude se focalise sur les tensions pseudo-turbulentes. Il est montre que seules les variables locales entrent en jeu dans les lois d'echelle. A partir de mesures de densite de paire, et pour des nombres de reynolds particulaire de l'ordre de quelques dizaines, la presence d'un ecrantage sur le champ perturbe liquide est confirmee experimentalement. En revanche, les mesures de ce champ perturbe liquide conditionne par une particule, mettent en lumiere l'ecart considerable qu'il presente par rapport au sillage d'une bulle isolee, demontrant ainsi la necessite de traiter le probleme perturbe complet pour modeliser l'agitation induite par des bulles.