Etude expérimentale de l'initiation de l'écoulement secondaire en forme de voile issu d'un jet horizontal de gaz léger

Experimental study of the early development of the veil-shaped secondary flow rising from an horizontal gaseous light jet

• Auteur / Autrice : Enrico Deri
• Direction : Arnault Monavon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences mécaniques, acoustiques et électriques
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés libres

Jet

Multi-espèce

Flottabilité

Jet gazeux horizontal

Panache

Résumé

Cette thèse étudie l'écoulement secondaire issu d'un jet gazeux horizontal avec flottabilité, relâché dans un environnement uniforme au repos. Il s'agit d'un panache plan, en forme de voile, qui se détache de l'écoulement principal avant son développement. Ce phénomène n'a été observé que très récemment et, à notre connaissance, seulement deux autres études lui sont dédiées. La première, par Arakeri et al. (2000), met en place, grâce à des observations par ombroscopie, un diagramme de régime expérimental permettant de distinguer les cas où le panache plan se présente. La deuxième étude, par Querzoli et Cenedese (2005), approfondit la description de l'écoulement secondaire avec des visualisations par fluorescence, ainsi que des mesures de vitesse dans le plan de symétrie du jet. Afin de donner des bases théoriques plus solides à la description de la formation du panache secondaire, nous en proposons une analyse phénoménologique. Les équations de bilan sont projetées sur le repère curviligne de Serret-Frenet et ensuite, grâce à des adimensionnalisations adaptées, l'écoulement est décrit à différentes échelles. Les hypothèses faites à l'examen des approximations nous amènent à donner des formulations mathématiques des bords du diagramme de régime expérimental. La structure du jet horizontal et la formation du panache secondaire ont ensuite fait l'objet d'une étude expérimentale. Les champs transversaux de vitesse et de concentration et ensuite leur comparaison avec les champs longitudinaux, nous permettent de vérifier les hypothèses faites au cours de l'analyse phénoménologique. En outre, on a documenté les écoulements azimutaux qui s'instaurent dans les couches périphériques du jet, ceux-ci alimentent le panache secondaire et provoquent la déformation du noyau. Les instabilités variqueuses et les tourbillons sont aussi affectés par les écoulements azimutaux.