Simulation numérique directe pour un écoulement turbulent dans un T-jonction d'un fluide non-Newtonien

Direct Numerical Simulation for a turbulent non-Newtonian flow in a T-junction

• Auteur / Autrice : Haining Luo
• Direction : Serge Simoëns
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 30/09/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des fluides et acoustique (Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Chérif Nouar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Serge Simoëns, Christophe Corre, Catherine Le Ribault, Alexandre Delache, Cécile Lemaitre
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gilmar Mompean, Guillaume Balarac

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluides non newtoniens

Turbulence

Mots clés libres

Non-Newtonien

Rhéofluidiant

Scalaire passif

Mélange

Turbulence

Jet

Non-Newtonian

Shear-thinning

Passive scalar

Mixing

Turbulence

Jet flow

Résumé

Une configuration en T-jonction a été étudiée pour sa simplicité en géométrie en comparant avec d’autres mélangeurs en industrie. Plus particulièrement, j’ai effectué des simulations numériques directes avec OpenFOAM des T-jonction convergent à section circulaire et rectangulaire. Les fluides Newtonien et non-Newtonien (modèle Bird-Carreau) ont été pris en compte. Dans un premier temps, j’ai comparé mes données avec le travail expérimental de Nguyen [1] sur le T-jonction circulaire en régime deflecting. J’arrive à valider la DNS avec les données expérimentales. L’organisation des structures cohérentes sont illustrées en régime laminaire et turbulent en Newtonien et en non-Newtonien. Dans un deuxième temps, j’ai simulé deux régimes (deflecting et impinging) dans un T-jonction rectangulaire en Newtonien et en non-Newtonien. J’ai montré l’existence de structures cohérentes (par example kidney vortex) qui servent de moteur au mélange du scalaire passif propre au non-Newtonien. L’efficacité de mélange est augmentée en régime impinging par rapport au régime deflecting. Le shifting du pic de turbulence est observé uniquement en régime impinging.

For the simplicity in geometry by comparing it with other mixers in the industry, flows in T-junction configuration have been studied. More specifically, Direct Numerical Simulations is carried out using OpenFOAM on a convergent T-junction configuration with circular and rectangular cross-section. Both Newtonian and non-Newtonian fluids (Bird-Carreau model) are taken into account. Firstly, DNS data is compared to Nguyen’s experimental work on the circular T-junction at regime deflecting [1]. Good agreement between simlation and experiment is achieved. The organization of coherent structures is illustrated in laminar and turbulent for both Newtonian and non-Newtonian cases. Secondly, two flow regimes (deflecting and impinging) are simulated in a rectangular T-junction for the same Newtonian and non-Newtonian fluids. The existence of non-Newtonian coherent structures (e.g. kidney vortex ) is shown. These structures are regarded as essential mixing mechanism of passive scalar mixing. The mixing efficiency is increased in regime impinging compared to regime deflecting. The shifting of the turbulence peak is only observed in regime impinging.