Lire la première partie

Jacques Lavedrine

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
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• analyse de l'ecoulement moyen


• description du banc experimental


• presentation des resultats


• conclusion sur les calculs sge


• simulations par la methode sge


• monodisperses de l'ecoulement particulaire


• influence du parametre ?sep


• parametres numeriques des calculs

Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
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Extrait

Lire lapremièrepartie de la thèse

Deuxie  mepartie

Applicationa  lacongurationacad ´ emique de Sommerfeld et Qiu (1991)

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Pre´sentation de la conguration 6.1Dispositifexp´erimental........... 6.1.1Protocoleexp ´ erimental....... 6.1.2Descriptiondubancexp ´ erimental. 6.1.3Re ´ gimeop ´ eratoiredansl’exp ´ erience 6.2 Precedentes  e´tudes de la conguration  . . . ´ ´ 6.2.1 Simulations par la me´thode RANS . 6.2.2 Simulations par la me´thode SGE . . 6.3 Aspects nume´riques des calculs SGE . . . . 6.3.1 Maillage pour la SGE . . . . . . . .

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des

Table

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6.3.2 Les conditions aux limites . . . . . . . . . 6.3.3Parametresnum´eriquesdescalculs..... 6.4 Organisation des calculs SGE . . . . . . . . . . . .

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Pr ´ esentationdesr ´ esultats 7.1R´esultatsdescalculsSGEdel’e´coulementgazeux.................. 7.1.1Visualisationdel’e ´ coulementinstantan ´ e................... 7.1.2Analysedel’ ´ ecoulementmoyen....................... 7.1.3 Conclusion sur le calcul SGE de l’  e´coulement  gazeux . . . . . . . . . . . 7.2 Re´sultats  des calculs SGE monodisperses de l’  e´coulement  particulaire . . . . . . . 7.2.1 Visualisation de l’ e´coulement instantane´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.2Analysedel’´ecoulementmoyen....................... 7.2.3 Conclusion sur les calculs SGE monodisperses de l’ e´coulement particulaire 7.3 Re´sultats des calculs SGE polydisperses de l’ e´coulement particulaire . . . . . . . .

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7.3.1 Comparaison des calculs monodisperses et polydisperses . . . . . . . . . . 7.3.2Inuenceduparametreu ∞ : comparaison des calculs P1, P2 et P4 . . . . . 7.3.3Inuenceduparametreτ sep  . . . .: comparaison des calculs P3, P4 et P5 . 7.3.4 Conclusion sur les calculs SGE polydisperses de l’ e´coulement particulaire . Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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TABLEDESMATIE  RES

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Chapitre

6

Pre ´ sentation

6.1

de

la

Dispositifexp ´ erimental

conguration

La conguration de Sommerfeld & Qiu [177,178el’ ´ etagedecombudoe  elispmil ´ demnutse]oitsn d’uneturbinea  gaz.Eneffet,cebancexpe ´ rimentalconcentredeuxcaracte ´ ristiquesd’unfoyerdeturbinea  gaz : •une injection de particules solides de diametres varie´s qui simule l’injection de gouttes de carburant dans un injecteur industriel, •udniruet.leirtsnuvuomnemeredttatondio’aelreir´eprestntafiudwsriolbtenudansuninjec

L’e ´ coulementdiphasiquetournantpr ´ esentdanscettecongurationmetdoncenjeuungrandnombrede ph ´ enome  nesobserve ´ sdanslesfoyersa ´ eronautiques.Onpeutnotammentciterlesinstabilite ´ slie ´ esaux couchesdeme ´ langeoul’interactionturbulenteentrelaphasedispers ´ eeetlaphaseporteuse.Deplus,cette conguration se focalise uniquement sur la dispersion d’un nuage de gouttes polydisperses dilue´, ce qui simpliegrandementlaproble ´ matiqueassoci ´ eea  laphasedisperse ´ e.

6.1.1

Protocole expe´rimental

And’e ´ tudiercesphe ´ nome  nes,unprotocoleexpe ´ rimentaltre  srigoureuxa ´ ete ´ misenplaceande pouvoir ´ etudierlesdeuxphasesquicoexistentdansl’ ´ ecoulement.Ceprotocoleexp ´ erimentalconsisteno- tamment a: B mesurer a temps re´guliers la distribution de tailles de particules  des. Cette proce´dure de v ´ ericationpermetd’assurerunefaibleproportiondeparticulesnonsphe ´ riques(<2%dans cette expe´rience) et aussi de conserver la meˆme distribution de tailles pour les particules d’ensemencement en renouvelant la population de ces particules si besoin apres chaque mesure. Becemtnibe’snmeneticulesderdespartusiliueriamat ´ˆ ememudsee ´ utitsnocsaismtetipeusplen quelesparticulesrepr ´ esentativesdelaphasedispers ´ ee. Deux raisons expliquent ce choix : la ´ethodePDA(section8.2.3)´etantutilise´epourcaract´erisersnmetmeem ˆ peles deux phases, il faut m que la taille mesure´e des particules de´pende uniquement de leur taille re´elle et non pas aussi de l’in- dicedere´fractiondumate´riauquilescompose.Onpourraainsimesurerlescaract´eristiquesdela phase porteuse via les particules d’ensemencementenpr ´ esence des particules repre´sentatives de la phasedispers´ee.Deplus,leprocessusdecomptagedesparticulesd’ensemencement 1 a une probabi-

1 particules d’ensemencement, il faut discriminer la population des grosses particules. Le processusAn de pouvoir compter les dediscriminationdesparticulesparlimitationdephasea ´ ete ´ sugge ´ re ´ parHardalupas&Taylor[80].

´ P RESENTATION DE LA CONFIGURATION

lit ´ emaximaled’acquisitionvers1.5µm qui garantit que les particules capte´es ont un comportement , ce de traceur de l’  e´coulement  gazeux. Bacqu ´ eruserasfnuribmontianonlld’ntch ´ echaqssuratiouestserudnmee. Cela se traduit par la capture de 2000 e´chantillons pour reconstruire les vitesses moyennes et uctuantes du gaz. Pour la phase disperse´e, on reconstruit les vitesses moyennes et uctuantes pour certaines classes de taille de particulea  partirde18000 ´ echantillons.Letempsd’acquisitionsesitueentre15et30minutespour chaque station de mesure. Ceprotocoleapermisd’obteniruneexcellentereproductibilit´edesr´esultatsexp´erimentauxtoutenoffrant desdonn ´ eesd’entr ´ eeablespourlessimulationsnum ´ eriquesentreprisessurcetteconguration(cf.lasec- tion 6.2).

6.1.2

Descriptiondubancexp ´ erimental

F IG . 6.1 -Conguration de Sommerfeld & Qiu [177] - Vue d’ensemble et dimensions du banc expe´rimental.

Lebancexpe ´ rimentalesta  sym ´ etrieder ´ evolutioncommeonpeutlevoirsurlaFig.6.1.Cebanccom- portelese ´ l ´ ementssuivants: B primaire permet d’injecter de l’air avec des particules. Aucunl’injecteur compte 2  e´tages.  L’  e´tage mouvement de giration n’est donn e´ al’ e´coulement dans cet e´tage. L’ e´tage secondaire enserre l’ e´tage primaire et soufe uniquement de l’air avec un mouvement de giration, ce qui permet d’atteindre un nombre de swirl de 0.47 en sortie d’injecteur. B la chambre de test est une chambre aexpansion brusque avec une augmentation de la section de passage de l’ordre de 9.2. Cette chambre a une longueur de 1.5m. Bdereaiinchamuneetrabrediuqnsilloitatsenacplea ´ eouubeltdcaahbmeredettsacrl’ ´ etudepr ´ elim

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6.1Dispositifexp ´ erimental

Sommerfeld & Krebs [176de section en bout de chambre avait une forte ] a montre´ qu’une restriction inuence sur l’e´coulement en amont, notamment sur la zone de recirculation centrale. Ce dispositif expe´rimental a fait l’objet d’un grand nombre de mesures (Sommerfeld & Qiu [177,178]). Ainsi,oncompte8stationsdemesurenonuniforme´mentr´epartiessurunelongueurde315mmenavalde l’injecteur. Pour chaque station de mesure, on a ainsi acc  es  aux grandeurs suivantes : Bsur la phase porteuse, les statistiques moyennes des composantes axiales, radiales et azimuthales des vitesses moyennes et uctuantes. Bmoyennes des composantes axiales, radiales et azimuthalessur la phase particulaire, les statistiques des vitesses moyennes et uctuantes sur l’ensemble de la population de particules. Les meˆmes statis- tiquessontextraitespourtroisclassesdetaillede10micronsd’e ´ paisseurcentr ´ eessur30,45et60 µm. B de diametre moyen en nombre ( des prols radiaux D 10 3.1) ont aussi e´te´ fournis an de dans la Table localiser spatialement les particules selon leur diametre. Bsumedeon.re’le ´ ovtiluduonxaualxissameuqiapnecitrulesestaussimesu ´ r  ecaahuqseatit

Lalocalisationdesplansdemesureexp ´ erimentauxestdonne ´ esurlaFig.6.2.(x=0)correspondaufondde chambre.

6.1.3

F IG . 6.2 -Conguration de Sommerfeld & Qiu [177.atisaloc-L]ceuonadsselpoidntauximenp ´ erpeex

R ´ egimeope ´ ratoiredansl’expe ´ rience

La Table 6.1 de´crit les caracte´ristiques de l’ e´coulement  diphasique dans la conguration de Sommerfeld & Qiu [177 ´ tempet  a5Pa)1023eu1(reqips ´ herutsexp ´ eriesmesure]L.onsimoat  aesesprtnostiaftnemsela era ambiante (293K). Ladistributiondetailledesparticulesa ´ ete ´ mesur ´ eeexp ´ erimentalementsurl’intervalle[0; 128]µm. La Figure 6.3 pre´sente les 40 classes de 3.1 µm d’  e´paisseur qui repre´sentent la re´partition expe´rimentale en nombre et en volume des tailles de particule. Le diametre moyen en nombre D 10 lu ´ e.  0a45est ´ evaµm dans les mesures experimentales. ´

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