Ecoulement de fluides thixotropes dans des conduites droites ou présentant des singularités

Analysis of a thixotropic fluid flow in a pipe or through a sudden expansion or contraction

• Auteur / Autrice : Philippe Corvisier
• Direction : Michel Lebouché
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Viscoélasticité

Thixotropie

Simulation par ordinateur

Tuyauterie -- Fluides, Dynamique des

Fluides non newtoniens

Résumé

L'objectif de cette étude est la compréhension de l'interaction entre l'organisation de la structure interne d'un fluide thixotrope et le développement de l'écoulement. Trois situations ont été considérées : écoulement en conduite droite, dans des singularités ou démarrage. Des profils de vitesse ont été mesurés grâce à la technique de vélocimétrie par images de particules (PIV). Un aplatissement des profils de vitesse, une large zone de recirculation ou un écoulement bouchon ont été observés successivement. Une caractérisation rhéologique a ensuite été menée. Le comportement du fluide est décrit par un modèle de Quemada à cinétique structurelle fractionnaire. Enfin, un travail de simulation a été réalisé par l'adaptation du code Fluent 4. 5 au traitement de la thixotropie par l'adjonction de sous programmes. Une bonne concordance entre les résultats numériques et expérimentaux a été observée. Ainsi, les phénomènes observés ont pu être expliqués grâce à une analyse du champ de structure

The aim of this study is to put the focus on the interaction between the reorganization of the internal structure of a thixotropic fluid and the velocity field. Three cases were considered : a flow in a straight pipe, an entry flow and a start up flow. Velocity profiles were measured by particle image velocimetry (PIV). A flatness of velocity profiles, large vortex zones and a plug flow were observed. Then, a rheological study was conducted. It shows that a modified Quemada model with a fractional kinetic for the structural parameter l could be used. Moreover, to have a better understanding of the observed phenomenon in the pipe and to generalize the results, numerical simulations were performed. The finite volume code Fluent 4. 5 was adapted to deal with thixotropy by adding user defined subroutines. A good agreement between numerical and experimental results was observed. Moreover, the flow development was investigated by the analysis of the structural field.