Étude de contrôle des écoulements

Pour améliorer les performances aérodynamiques notamment dans le domaine des transports (aéronautique, automobile, ..), le contrôle des écoulements constitue une solution de rupture prometteuse. Il présente à la fois un enjeu majeur pour l'industrie et un défi pour les scientifiques. Les retombées visées par le contrôle (notamment actif) sont d'ordre à la fois économique (réduction de la consommation) et environnemental (diminution des gaz à effet de serre). L'efficacité du contrôle est intimement liée à l'actionneur utilisé. Les actionneurs fluidiques et tout particulièrement le jet synthétique, semblent être une technique prometteuse de progrès. L'objectif de ce travail est le développement, la validation et la mise en œuvre de ce type d'actionneur. Nous avons ainsi conçu un actionneur de type jet synthétique basé sur un haut parleur. Les performances de cet actionneur ont été évaluées dans un milieu au repos en utilisant à la fois l'anémométrie à fil chaud et la PIV. Les effets des différents paramètres ont été analysés (fréquence, amplitude de forçage, …). Une attention particulière a été consacrée à l'étude de l'inclinaison de la fente d'éjection. Trois inclinaisons ont été utilisées (30°, 45° et 90°). Dans chaque cas l'évolution du jet synthétique ainsi que celle des tourbillons ont été caractérisées. Par les mêmes techniques de mesure dans une soufflerie, nous avons étudiés l'interaction du jet synthétique avec un écoulement transverse. Des visualisations par fumée du contrôle du décollement par cet actionneur montrent ses capacités à pouvoir recoller l'écoulement. ABSTRACT : To improve the aerodynamic performance particularly in the field of transport (aerospace, automotive, ..), the flow control is a promising solution for rupture. It presents at the same time a major stake for industry and a challenge for the scientists. The fallout aimed by control (particularly active control) are of an at the same time economic (reduction of consumption) and environmental (decrease of greenhouse gases). The effectiveness of control is closely related to the actuator used. The fluidic actuators and particularly the synthetic jet appear to be a promising technique for progress. The objective of this work is the development, validation and implementation of this type of actuator. We thus designed an actuator of the synthetic jet type based on a loudspeaker. The performances of this actuator were estimated in a quiescent environment. Both hot wire anemometer and the Particle Image Velocimetry (PIV) are used. The effects of different parameters were analyzed (frequency, amplitude forcing, ...). Particular attention has been devoted to the study of the inclination of the ejection slot. Three angles were used (30 °, 45 ° and 90 °). In each case the development of synthetic jet and the vortices have been characterized. By the same techniques of measurement in a wind tunnel, we have studied the interaction of the synthetic jet with a transverse flow. Visualizations by smoke control detachment by the actuator to show his ability to pick up the flow

Spatial Resolution Correction for Electrochemical Wall-shear Stress Measurements using Rectangular Sensors

This article is mainly motivated by the growing needs for highly resolved measurements for wall-bounded turbulent flows and aims to proposes a spatial correction coefficient in order to increase the wall-shear stress sensors accuracy. As it well known for the hot wire anemometry, the fluctuating streamwise velocity measurement attenuation is mainly due to the spatial resolution and the frequency response of the sensing element. The present work agrees well with this conclusion and expands it to the wall-shear stress fluctuations measurements using electrochemical sensors and suggested a correction method based on the spanwise correlation coefficient to take into account the spatial filtering effects on unresolved wall-shear stress measurements due to too large sensor spanwise size

Investigations in an external-loop airlift photobioreactor with annular light chambers and swirling flow

Photosynthetic microorganisms could serve as valuable compounds, but also for environmental applications. Their production under controlled conditions implies to design specific reactors, named photobioreactors, in which light supply is the main constraint. This paper was devoted to an original external-loop airlift photobioreactor (PBR) with annular light chambers in which a swirling motion was induced. The aim was to characterize this novel geometrical configuration in terms of gas–liquid hydrodynamics, and to test its potentiality for algal cultures. This PBR consisted of two identical columns connected by flanges defining tangential inlets, each column being made of two transparent concentric tubes (6 L in liquid volume, 50 m−1 in specific illuminated area). Firstly, the global flow characteristics (circulation and mixing times) were determined by a tracer method and modelled by an axial dispersed plug flow with complete recirculation (Péclet number). By means of a double optical probe, both local and global time-averaged parameters of the gas phase were measured, namely void fraction, bubble velocity, frequency and size. The gas–liquid mass transfer were also characterized, in tap water and in culture medium, by measuring overall volumetric mass transfer coefficients. In a second time, cultures of the microalga Chlamydomonas reinhardtii were run in batch mode. The variations of biomass concentration and pigment content with time from inoculation were successfully obtained. All these findings highlighted: (i) some significant differences in terms of gas–liquid hydrodynamics between the present PBR and the usual airlift systems, (ii) the interest of this configuration for algal cultures, even if complementary studies and technological improvements are still required for definitively validating its scale-up

GAS-LIQUID FOAM THROUGH STRAIGHT DUCTS AND SINGULARITIES: CFD SIMULATIONS AND EXPERIMENTS

ABSTRACT Some industrial processes are associated with the flow of aqueous foams inside horizontal channels. Examples are found in the oil, food and cosmetic industries. This type of flow presents an important pressure loss, originated from the shear stress exerted by the channel walls. Foam flow is one of the most complex fluids. In a macroscopic point of view, the physical-chemical interaction between the bubbles can be related to some nonNewtonian models (Bingham law, power law, etc.) or an apparent viscosity. These last can represent the internal deformations of fluid elements when shear stress is applied. An experimental facility able to create this type of flow is not so easy to design. Many parameters must be taken into consideration. So, Computational Fluid Dynamics (CFD) constitutes an ideal technique for analyzing this kind of problem. The aim of this study is to validate the use of Computational Fluid Dynamics in order to correctly predict the pressure losses and the velocity fields of a foam flowing through a straight channel and singularities (fence and half-sudden expansion). Simulations for a realistic scenario: two-phase flow, change in the surface tension, bubble size, were undertaken. Obtained results showed that simulations are not able to accurately reproduce for such a complex fluid, the important aspects of this study, such as the pressure losses and the velocity fields. Therefore, an approximation to a Bingham fluid was made. For a foam flow quality of 70% and a velocity of 2 cm/s, the numerical results are justified by experimental evidence. Experiments have been done and predictions for the flow * Address all correspondence to this author. behavior are extrapolated. Results show that the software is able to recreate the behavior of foam flow through a straight channel and singularities. However, this approach is extremely sensitive to the choice of several parameters, like the apparent viscosity, the yield stress, the viscosity consistence, etc

Caractérisation d'un jet synthétique en vue de son utilisation pour le contrôle

Dans le présent travail, on a mis au point un actionneur modulable fonctionnant à l'aide d'un haut-parleur. Trois inclinaisons de la fente ont été choisies (30°, 45° et 90°). Pour chacune, plusieurs fréquences et amplitudes de la vitesse à la sortie ont été étudiées. On a fait un balayage à 2 mm de la fente. Pour chaque cas, on a obtenu les caractéristiques de l'écoulement moyen et fluctuant complété par une analyse spectrale à l'aide de l'anémométrie à fil chaud. Un effet de ralentissement a été observé pour une inclinaison de 30° par rapport à l'horizontal. Des variations importantes ont été notées quand on fait varier la fréquence. La fréquence d'excitation pilote la dynamique du jet et va sûrement avoir un effet moteur en présence de l'écoulement. L'augmentation de l'amplitude permet aux tourbillons générés de s'éloigner de la fente et d'influencer l'écoulement extérieur loin de la fente. Des mesures par Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) viennent confirmer ces constations

The Effects of Vapor Gard on some Physiological Traits of Durum Wheat and Barley Leaves under Water Stress

The use of antitranspirants is one method of mitigating water while increasing the yield of cereal crops. Experiments were carried out on a durum wheat (Triticum durum L.) variety (Karim) and a barley (Hordeum vulgare L.) variety (Rihane) to study the effects of Vapor Gard (VG; di-1-p-menthene), an antitranspirant, on two physiological traits at two different growth stages. The study was conducted in a glasshouse under water stress and VG was sprayed twice at three concentrations (5, 7, and 10%) at tillering and stem elongation stages. VG spray reduced the effect of water stress on durum wheat and barley varieties. Leaf water potential (LWP) was significantly increased, albeit at different rates, for the two cereal species. However, no significant change was observed for photosynthetic rate (PR). These results favor the use of VG although more studies are recommended on other physiological traits to strongly support the application of this antitranspirant

Study of flow control

Pour améliorer les performances aérodynamiques notamment dans le domaine des transports (aéronautique, automobile, ..), le contrôle des écoulements constitue une solution de rupture prometteuse. Il présente à la fois un enjeu majeur pour l'industrie et un défi pour les scientifiques. Les retombées visées par le contrôle (notamment actif) sont d'ordre à la fois économique (réduction de la consommation) et environnemental (diminution des gaz à effet de serre). L'efficacité du contrôle est intimement liée à l'actionneur utilisé. Les actionneurs fluidiques et tout particulièrement le jet synthétique, semblent être une technique prometteuse de progrès. L'objectif de ce travail est le développement, la validation et la mise en œuvre de ce type d'actionneur. Nous avons ainsi conçu un actionneur de type jet synthétique basé sur un haut parleur. Les performances de cet actionneur ont été évaluées dans un milieu au repos en utilisant à la fois l'anémométrie à fil chaud et la PIV. Les effets des différents paramètres ont été analysés (fréquence, amplitude de forçage, …). Une attention particulière a été consacrée à l'étude de l'inclinaison de la fente d'éjection. Trois inclinaisons ont été utilisées (30°, 45° et 90°). Dans chaque cas l'évolution du jet synthétique ainsi que celle des tourbillons ont été caractérisées. Par les mêmes techniques de mesure dans une soufflerie, nous avons étudiés l'interaction du jet synthétique avec un écoulement transverse. Des visualisations par fumée du contrôle du décollement par cet actionneur montrent ses capacités à pouvoir recoller l'écoulement.To improve the aerodynamic performance particularly in the field of transport (aerospace, automotive, ..), the flow control is a promising solution for rupture. It presents at the same time a major stake for industry and a challenge for the scientists. The fallout aimed by control (particularly active control) are of an at the same time economic (reduction of consumption) and environmental (decrease of greenhouse gases). The effectiveness of control is closely related to the actuator used. The fluidic actuators and particularly the synthetic jet appear to be a promising technique for progress. The objective of this work is the development, validation and implementation of this type of actuator. We thus designed an actuator of the synthetic jet type based on a loudspeaker. The performances of this actuator were estimated in a quiescent environment. Both hot wire anemometer and the Particle Image Velocimetry (PIV) are used. The effects of different parameters were analyzed (frequency, amplitude forcing, ...). Particular attention has been devoted to the study of the inclination of the ejection slot. Three angles were used (30 °, 45 ° and 90 °). In each case the development of synthetic jet and the vortices have been characterized. By the same techniques of measurement in a wind tunnel, we have studied the interaction of the synthetic jet with a transverse flow. Visualizations by smoke control detachment by the actuator to show his ability to pick up the flow

Étude des écoulements monophasiques et diphasiques dans les élargissements brusques axisymétrique et bidimensionnel

Texte intégral accessible uniquement aux membres de l'Université de LorraineNot availableCe travail traite d'une étude théorique et expérimentale sur les écoulements monophasiques et diphasiques (à bulles) dans les élargissements brusques. Deux configurations d'élargissement ont été étudiées: l'une est axisymétrique verticale et l'autre bidimensionnelle horizontale. À travers ces singularités, une approche globale qui détermine la chute de pression singulière a été développée, et une étude expérimentale a été réalisée sur la dynamique des phases liquide et gazeuse. Dans l'élargissement brusque vertical axisymétrique, l'écoulement est symétrique. Les grandeurs mesurées concernent la vitesse axiale du liquide en écoulement monophasique et le taux de vide, la vitesse axiale des bulles et la granulométrie des bulles en écoulement diphasique. Au voisinage immédiat de la singularité, ces résultats expérimentaux locaux ont permis de donner la tendance générale de la réorganisation de l'écoulement monophasique et diphasique. Pour l'élargissement brusque bidimensionnel horizontal, la visualisation de l'écoulement a joué un rôle important dans la compréhension des phénomènes de transition d'un écoulement complètement dissymétrique vers un écoulement symétrique. En écoulement monophasique, l'étude expérimentale a concerné la pression et la vitesse axiale du liquide mesurée par un film chaud. Dans cet écoulement, la dissymétrie de l'écoulement n'a pas de cote préférentiel pour son orientation. En écoulement diphasique, la transition vers un écoulement symétrique se fait par augmentation progressive du débit de gaz pour un débit de liquide fixe. Les résultats expérimentaux relatifs à ce type de singularité en écoulement à bulles concernent le taux de vide, les vitesses axiales de chacune des phases et la granulométrie des bulles. Ces grandeurs nous ont permis de décrire d'une part les structures locales de l'écoulement diphasique et d'autre part de vérifier ce qui a été obtenu par la visualisation

Vortex structure in the wall region of an impinging plane jet

La publication est référencée chez l'éditeur dans le volume 4, n°3, pp. 61-69.Issu de : CICME 10 - 2th International conference on energy conversion and conservation, Hammamet, TUNISIA, April 22-25, 2010International audienceThe work presented here comes within a research program dealing with vortex detection in the impingement region of a planar jet. In this study, experiments have been performed for a submerged turbulent water slot jet impinging normally on a flat plate, and an emphasis was put on the flow field characteristics. For this purpose, particle image velocimetry (PIV) have been employed. A comprehensive fluid mechanical data includes instantaneous and mean flow field, variance of normal and cross velocity fluctuations have been presented. The present work is also concerned with the flow structure in the impingement region where the transfers (heat/mass) occur. An attempt has been made to understand the flow structure by employing the vortex detection criteria on the instantaneous velocity vector field. Accordingly, the PIV measurements were carried out for four different Reynolds numbers: 3000, 6000, 11000 and 16000, and at three different planes: a plane parallel to the impingement plate, transverse plane of the jet and a plane perpendicular to the jet. A method of filtration, based on proper orthogonal decomposition (POD) technique was applied first to the instantaneous velocity and filtered velocity database is then used for vortex detection. Further, the results about the size, shape, spatial distribution and energy content of the detected vortices have been provided