Hydrodynamics and Metzner-Otto correlation in stirred vessels for yield stress fluids

This paper investigates the hydrodynamics and power consumption in laminar stirred vessel flowusing numerical computation. The Metzner–Otto correlation was established for mixing in power-law fluids. This paper focuses on its application to yield stress fluids. Distributions of shear rates and their link to power consumption for helical and anchor agitators are discussed. Insight is sought from the analytical formula for Taylor–Couette flows. Laws are established for Bingham, Herschel-Bulkley and Casson fluids and reveal similar results. Fully or partially sheared flow situations with plug regions are considered. Depending on the fluid model, the concept is valid or constitutes a satisfactory approximation for fully sheared flows. When the flow is partially sheared, the expression depends on the Bingham number and the concept must be adapted. The results of the numerical simulations are interpreted in the light of this analysis and results from the literature

SIMULATION OF WAKE VORTEX AIRCRAFT IN GROUND EFFECT

The problem developed in this paper is encountered in airplane aerodynamics and concernsthe influence of long life longitudinal wake vortices generated by wing tips or by external obstaclessuch as reactors or landing gears. More generally it concerns 3D bodies of finite extension in crossflow. At the edge of such obstacles, longitudinal vortices are created by pressure differences inside theboundary layers and rotate in opposite senses. It can constitute a danger to another aircraft that fliesin this wake, especially during takeoff and landing. In this case the wake vortex trajectories andstrengths are altered by ground interactions. This study presents the results of a Large EddySimulation of wake vortex in ground effect providing the vorticity flux behavior

Analyse des enduits de visualisation pariétale utilisés en aérodynamique

En aérodynamique, la visualisation du frottement pariétal est souvent réalisée à l'aide d'un enduit déposé sur une maquette testée en soufflerie. Les enduits de visualisation sont des suspensions de particules solides (le traceur) dans une phase continue qui peut être volatile ou non au cours de l'essai. L'efficacité d'un enduit est liée à sa composition et à la plage de vitesses sur laquelle il est actif. Ce travail a pour but de progresser dans la compréhension de ce processus et d'établir un lien entre les caractéristiques physiques de ces enduits et leur efficacité en visualisation afin d'améliorer leurs performances

Réponse d'un jet plan à des excitations sinusoïdales

Le forçage fréquentiel au mode naturel est utilisé pour stabiliser les structures tourbillonnaires d'un écoulement cisaillé. Dans une étude précédente, nous avons soumis un jet plan à des excitations sinusoïdales monochromatiques à la fréquence naturelle en utilisant la simulation numérique. Dans cette étude, nous présentons pour la même configuration de jet, les résultats obtenus en faisant varier la fréquence d'excitation. L'objectif est déterminer la réponse du jet et de la comparer à celle de couches de mélange et de jets en mettant en évidence les phénomènes d'appariement. On étudie les jets à profil d'entrée uniforme et à profil d'entrée parabolique. Les simulations numériques montrent que la fréquence de réponse est identique à la fréquence d'excitation dans un intervalle assez large comprenant la fréquence naturelle pour les deux cas. Au delà d'une certaine fréquence d'excitation, les fréquences de réponses sont plus faibles que la fréquence d'excitation et sont liées à la fréquence naturelle. On observe des appariements des structures tourbillonnaires traduits sur le spectre par l'apparition de fréquences sub-harmoniques

10. L’eau, source de stockage d’énergie

Le stockage constitue l’un des défis majeurs pour l’utilisation pratique des énergies du futur. L’eau est souvent impliquée dans ce processus, soit par ses propriétés physico-chimiques locales, soit par son action mécanique à grande échelle. Les exploitants de centrales hydroélectriques et de barrages, au-delà de leur rôle de producteurs, ont une responsabilité dans l’équilibre économique et écologique du milieu naturel. À ce titre, ils doivent aussi assurer une utilisation rationnelle de l’e..

Etude expérimentale de l'hydrodynamique d'une cuve agitée en fluide viscoplastique

De nombreux procédés industriels font appel à des opérations de mélangeage en fluide non newtonien et leur efficacité est conditionnée par l'hydrodynamique se développant dans le système d'agitation utilisé. Ce travail propose une étude expérimentale par vélocimétrie par image de particule (PIV) d'un système cuve cylindrique-agitateur ancre dans le cas de fluides viscoplastiques et en régime laminaire. L'hydrodynamique est explorée dans un plan médian horizontal de la cuve. L'étude a été réalisée en fluide newtonien (solution de glucose) et en fluide viscoplastique avec des solutions de Carbopol. L'effet de glissement observé avec une paroi lisse est annulé par l'emploi d'un revêtement rugueux sur la cuve. Les mesures de vitesses sont présentées et des différences très significatives sont mises en évidence entre fluide newtonien et fluide viscoplastique. On compare ces résultats avec des résultats numériques obtenus en fluide de Herschel-Bulkley sur la même géométrie

Simulation aux Grandes Échelles de tourbillons longitudinaux soumis à une turbulence extérieure intense

Le but de cette thèse est d'étudier le comportement des tourbillons sous l'influence d'une turbulence extérieure. Les travaux portent tout d'abord sur les aspects concernant les tourbillons qui constitutent le sillage des avions. La validation des méthodes numériques utilisées est réalisée par comparaison entre les résultats théoriques et les résultats obtenus par simulation numérique d'un tourbillon solitaire. On a étudié le comportement d'un écoulement perturbé à l'intérieur ou à l'extérieur d'un tourbillon solitaire. L'étude de l'effet de la turbulence extérieure sur une paire de tourbillons longitudinaux contrarotatifs a mis en évidence la compétition entre l'instabilité elliptique et l'instabilité de Crow des tourbillons. Par l'étude des interactions d'une paire de tourbillons longitudinaux contrarotatifs au voisinage d'une paroi, on a mis en évidence le mécanisme de génération d'une couche de vorticité et le décollement des tourbillons au voisinage d'une paroi.The aim of this thesis is to study the behavior of the vortices under the influence of an external turbulence. We present the main mechanisms of instability, which is the basis of the counter-rotating vortices longitudinal decay. For the simulations we have selected the software JADIM developed by IMFT, adapted for Large Eddy Simulation of the turbulent flows. The validation of the numerical methods and of the software used, is made by comparing the theoretical and the numerical results of a single longitudinal vortex flow, in absence of external disturbances. We studied the behavior of a perturbed flow to the interior or to the exterior of a vortex. The study of the effect of the external turbulence on a counter-rotating longitudinal vortices pair highlighted the competition between elliptical and Crow instability. The simulation of the vortices pair in ground effect highlighted the generation mechanism of a vorticity layer and the generation of the secondary vortices.TOULOUSE-ENSEEIHT (315552331) / SudocSudocFranceRomaniaFRR

Structure of a Flat Plate Boundary Layer Subjected to Free-Stream Turbulence

International audienceThe structure near the flat plate leading edge of an incompressible boundary layer subjected to free-stream turbulence is investigated using large eddy simulation (LES) with a dynamic mixed subgrid-scale model. Free-stream turbulent intensities ranging from 1.5 to 10% are investigated. The evolutions of the velocity, temperature and turbulent intensity profiles inside the boundary layer and the characteristic length scales are analyzed and compared to a laminar flat plate boundary layer. The impact of the free-stream turbulence is examined for Reynolds numbers ranging from 0 (leading edge of the flat plate) to Re x =80,000 by using two consecutive spatial LESs. Bypass transition is found to occur in the early stage of the boundary layer development for all five cases presented here. The analysis indicates that the thermal turbulent structures transfer more energy and hence generate more thermal fluctuations in their wake than the dynamic structures