Influence des paramètres hydrodynamiques sur le mélange turbulent de fluides hétérogènes : étude expérimentale et analytique

Influence of the hydrodynamic parameters on turbulent mixing of heterogeneous fluids : an analytical and experimental study

• Auteur / Autrice : Léa Voivenel
• Direction : Luminita Danaila, Bruno Renou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Mécanique des fluides et énergétique
• Date : Soutenance le 22/06/2016
• Etablissement(s) : Rouen, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Société nationale d'étude et de construction de moteurs d'aviation (France). Usine de Villaroche (Moissy-Cramayel, Seine-et-Marne)
• Partenaire(s) de recherche : : Normandie Université (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Fabien Anselmet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luminita Danaila, Bruno Renou, Fabien Anselmet, Mickaël Bourgoin, William George, Michel Cazalens, Patricia Ern, Emilien Varea
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mickaël Bourgoin, William George

Mots clés

Mots clés contrôlés

Reynolds, Nombre de

Mécanique des fluides

Turbulence

Hydrodynamique

Viscosité

Jets

Jets -- Fluides, Dynamique des

Mots clés libres

Mélange turbulent

Fluides hétérogènes

Paramètres hydrodynamiques

Viscosité

Ecoulement turbulent

Turbulent jet

Viscosity

Mixing

Detrainment

Simultaneaous S-PIV

PLIF measurements

Résumé

Comprendre la phénoménologie du mélange turbulent de fluides hétérogènes reste à ce jour l'un des défis majeurs dans le domaine de la turbulence. Contrairement à une croyance répandue, la viscosité a une influence non négligeable sur le mélange. Dans cette étude, nous comparons un jet rond à viscosité constante (CVF) avec un jet à viscosité variable (VVF). Les différences dans la naissance et la croissance de la turbulence sont mises en lumière via l'utilisation de statistiques classiques et conditionnées. Le calcul du coefficient d'entraînement nous permet de montrer que, si un processus d'entraînement classique est à l'oeuvre dans le cas CVF, le mélange est assuré par le detrainment dans le cas VVF. Augmenter le nombre de Reynolds conduit à une apparition plus tardive de ce dernier, ainsi que des effets visqueux en général. Ainsi, une meilleure compréhension du mélange à viscosité variable est nécessaire pour, par exemple, améliorer l'efficacité des systèmes de combustion existants.

Understanding the phenomenology associated with heterogeneous mixtures of gases is one of the mort persistent challenges in turbulent mixing. Contrary to what has been thought, it was previously found that viscosity variations have a non-negligible impact on mixing and should be taken into account. In this study, we carry out a comparison between Constant Viscosity Flows (CVF) and Variable Viscosity Flows (VVF), in a round jet. The disparity in the birth and growth of turbulence was highlighted using traditional and conditional statistics. The computation of the entrainment ratio allowed us to conclude that, while a classical entrainment phenomenon is observed for the CVF configuration, the VVF case exhibits a detrainment process. Increasing the Reynolds number leads to a delayed apparition of the latter and of the viscous effects. Thus, a better understanding of the heterogeneous fluid mixing phenomenology is necessary to improve the efficiency of existing combustion systems.