Auteur / Autrice : | Francisco Felis-Carrasco |
Direction : | Fabien Anselmet |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Mécanique et Physique des fluides |
Date : | Soutenance le 24/03/2017 |
Etablissement(s) : | Ecole centrale de Marseille |
Ecole(s) doctorale(s) : | Ecole Doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre (IRPHE) (Marseille) - Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre / IRPHE - 210929 Centre de Montpellier [IRSTEA] |
Jury : | Président / Présidente : Olivier Simonin |
Examinateurs / Examinatrices : Séverine Tomas, Ariane Vallet | |
Rapporteurs / Rapporteuses : François-Xavier Demoulin, Jean-Philippe Matas |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
L'atomisation d'un jet circulaire d'eau typique des applications agricoles est présentée dans cette étude. Maîtriser la dispersion de l'eau à des fins d'irrigation ou de traitements phytosanitaires implique de réduire la consommation d’eau et la pollution de l'environnement. Un cas d'étude simplifié est construit : une buse ronde dn=1.2 mm et d'une longueur Ln=50dn y est considérée. La vitesse d'injection est fixée à UJ=35 m/s et alignée avec la gravité, plaçant le jet liquide dans un régime d'atomisation turbulent. L'écoulement est statistiquement axisymétrique. L'approche est à la fois expérimentale et numérique.Un modèle multiphasique Eulérien de mélange décrit l'écoulement constitué de deux phases. Plusieurs modèles de turbulence U-RANS sont utilisés: k-ε et RSM. Une attention particulière est alors portée à la modélisation des effets de masse volumique variable issus de la formulation du fluide de mélange. Un solveur numérique spécifique est développé à l'aide du code CFD OpenFOAM. Une série de cas d'étude est construite pour tester l'influence de la modélisation de la turbulence et des fermetures de premier/second-ordre des flux massiques turbulents.Les techniques optiques (LDV et DTV) sont déployées pour recueillir des informations statistiques des phases liquide et gazeuse du spray. La campagne expérimentale est réalisée de x/dn=0 jusqu'à x/dn=800. En ce qui concerne la LDV, des gouttelettes d'huile d'olive (~1 µm) permettent d'analyser la phase gazeuse. Une distinction entre les gouttes de liquide et ces traceurs est obtenue par une configuration spécifique de la source laser et le paramétrage de la détection des bouffées Doppler (Filtre-BP et le SNR). Dans la zone dispersée, les mesures par DTV permettent d'estimer les vitesses et les tailles des gouttes. Une attention particulière est portée à l'estimation de la profondeur de champ (DOF) afin d'obtenir une corrélation taille-vitesse des gouttes moins biaisée.Les résultats numériques et expérimentaux concordent pour le champ de vitesse moyenne. Une forte dépendance au modèle de turbulence est trouvée. Cependant, le modèle RSM ne simule pas le comportement du tenseur de Reynolds. En effet, ni l'anisotropie trouvée expérimentalement (R22/R11≈0.05), ni la vitesse de glissement liquide-gaz ne peuvent être reproduites; même avec une fermeture au 2nd-ordre des flux massiques turbulents. Le fort rapport de masse volumique (eau/air), la directionnalité de l'écoulement et la production d'énergie cinétique turbulente peuvent être à l'origine d'une faible dispersion et d'un faible mélange entre les deux fluides. Ce mécanisme n'est pas encore clarifié du point de vue de la modélisation RSM.