Propagation et instabilité des chocs de porosité dans les suspensions liquide-solide

Sur la base d'un protocole utilisé par G.B. Wallis il y a plus de quarante ans, nous proposons une étude où nous mesurons la vitesse de propagation d'une discontinuité de porosité (front de décompaction) pour une gamme étendue de propriétés particulaires. Les objectifs atteints par ce travail sont doubles. Tout d'abord, il a permis de compléter la base de données de mesures disponibles dans la littérature qui est, sur ce point particulier, peu conséquente et ancienne. De plus, ce travail a permis de mettre en évidence deux types de comportements distincts que les modèles théoriques existants ne prédisent pas. En effet, en fonction des particules utilisées, nous avons observé soit la propagation d'un front de décompaction plan à vitesse lente, soit la déstabilisation de ce dernier (qui devient tridimensionnel et instationnaire) associée à une augmentation brutale de la vitesse de propagation. Sur la base d'une analyse à l'échelle du grain du phénomène de décompaction, nous proposons un ensemble de nombres adimensionnels qui expliquent qualitativement nos observations

Etude expérimentale des structures d'écoulements diphasiques air-eau en co-courant dans un tube circulaire sous diverses conditions d'entrées

Résumé Un dispositif expérimental est conçu et réalisé afin d'analyser l'écoulement air-eau dans un tube circulaire de 3 mm de diamètre dans diverses positions. Diverses conditions d'admission pour le débit d'air et d'eau sont examinées couvrant une gamme de vitesses apparentes : JL = 0.00078 à 0.0786 m/s et JG = 0.002 à 3.538 m/s, respectivement. Des mesures de pressions à l'entrée et à la sortie de la section de test associées à des visualisations par caméra ont été réalisés afin d'analyser les différentes structures d'écoulements et de dégagé des cartographies de structures d'écoulements

Etude numérique du couplage acoustique d'un lit fluidisé avec ses conditions aux limites

Le but du présent travail est d'étudier, sur la base d'un modèle numérique Euler-Lagrange, la manière dont la dynamique d'un lit fluidisé gaz-solide peut être modifiée en fonction de son degré de couplage acoustique avec le système d'injection. Dans cette étude, les conditions d'entrée (pression et vitesse du fluide au bas du lit) prennent en compte les effets résistifs créés par le distributeur et capacitifs provenant du système de ventilation (plenum). Ce travail se concentre principalement sur la transition entre le régime à bulles multiples et le régime à bulle unique qui se produit pour des conditions d'injection différentes

Echangeur à plaques corruguées en mode condenseur : étude locale des transferts thermo-hydrauliques

Dans ce travail, nous apportons un nouvel éclairement sur l'analyse des transferts thermiques de la condensation dans un échangeur à plaques corruguées (PHE), à partir de moyens de caractérisation des grandeurs globales et locales. Une étude expérimentale de la condensation complète de la vapeur saturée du Pentane dans un PHE à deux canaux a été conduite pour des flux massiques compris entre 9 et 30kg.m-2.s-1. Le PHE, placé verticalement avec un écoulement descendant du fluide frigorigène, présente un diamètre hydraulique de 4,4 mm et un angle d'inclinaison des corrugations de 55°. Un protocole de caractérisation des profils de température des fluides, basé sur la métrologie infrarouge, a été mis au point, pour ensuite être couplé à un bilan enthalpique local permettant d'établir les profils moyennés par section du titre de vapeur, du coefficient d'échange de chaleur et de la densité de flux de chaleur. Les résultats, pour la majorité des tests, indiquent une variation significative de la densité de flux de chaleur pouvant aller jusqu'à 400%, entre l'entrée et la sortie de l'échangeur. Par ailleurs, le coefficient d'échange de chaleur local diminue de 5 à 10fois entre le début et la fin de la zone de condensation. On déduit que le coefficient d'échange de chaleur global calculé, que ce soit par la méthode ?TLM, ou bien à partir de l'hypothèse d'une densité de flux de chaleur uniforme, est inférieur à celui obtenu en intégrant le profil local, avec des écarts relatifs de l'ordre de 10à 20% en fonction du flux massique. Un bon accord est obtenu entre les pertes de pression globales mesurées expérimentalement avec celles déterminées par différentes combinaisons de modèles d'écoulement diphasique, que ce soit de type homogène ou à phases séparées. Ce résultat complexifie l'analyse des structures d'écoulement diphasique au sein de géométrie de canal tridimensionnelle

Ebullition sur site isolé (étude expérimentale de la dynamique de croissance d'une bulle et des transferts associés)

Le phénomène d'ébullition, d'un point de vue énergétique, présente un réel enjeu dans de nombreux domaines. Ce mémoire, à caractère expérimental, traite du cas d'une bulle de vapeur unique générée sous un élément chauffant, ce qui permet de maîtriser la croissance jusqu'à des tailles importantes. Deux techniques, optique (traitement d'image) et thermique (fluxmètre, thermocouples), sont mises en oeuvre simultanément. La première partie du mémoire traite des transferts de chaleur et de masse dans le cas d'un liquide (FC-72) dégazé. L'influence de différents paramètres significatifs (puissance de chauffe, niveau de sous refroidissement, inclinaison) sur le phénomène d'ébullition est étudiée grâce à une expérimentation systématique. La dynamique de la bulle, dans la configuration retenue, est analysée et conduit à une loi de croissance en t , où l'exposant " n " est uniquement fonction des paramètres thermiques. Le flux lié au changement de phase est quantifié et ne contribue que faiblement à l'amélioration des échanges de chaleur en ébullition. Il existe une corrélation évidente entre les transferts de chaleur et la fréquence d'émission des bulles de vapeur. L'augmentation de cette dernière améliore les transferts. La seconde partie du mémoire traite des écoulements de liquide autour de la bulle de vapeur. Ceux-ci, d'origine thermocapillaire (convection Marangoni), n'apparaissent que dans le cas d'un fluide non dégazé et résultent de la présence de gaz incondensables dissous dans le FC-72. Les différents régimes d'écoulement (stationnaire et oscillatoire) sont mis en évidence et la courbe limite de transition entre ces deux régimes est définie.AIX-MARSEILLE1-Inst.Médit.tech (130552107) / SudocSudocFranceF

Comportement thermo-hydraulique des supraconducteurs de type cable-en-conduit à double canal pour ITER

In an effort to optimise the cryogenics of large superconducting coils for fusion applications (ITER), dual channel Cable-In-Conduit Conductors (CICC) are designed with a central channel spiral to provide low hydraulic resistance and faster helium circulation. The qualitative and economic rationale of the conductor central channel is here justified to limit the superconductor temperature increase, but brings more complexity to the conductor cooling characteristics. The pressure drop of spirals is experimentally evaluated in nitrogen and water and an explicit hydraulic friction model is proposed. Temperatures in the cable must be quantified to guarantee superconductor margin during coil operation under heat disturbance and set adequate inlet temperature. Analytical one-dimensional thermal models, in steady state and in transient, allow to better understand the thermal coupling of CICC central and annular channels. The measurement of a heat transfer characteristic space and time constants provides cross-checking experimental estimations of the internal thermal homogenisation. A simple explicit model of global interchannel heat exchange coefficient is proposed. The risk of thermosiphon between the two channels is considered since vertical portions of fusion coils are subject to gravity. The new hydraulic model, heat exchange model and gravitational risk ratio allow the thermohydraulic improvement of CICC central spirals.Afin d'optimiser le contrôle cryogénique des aimants supraconducteurs pour la fusion (ITER), les conducteurs de type câble en conduit à double canal (CICC) comprennent un canal central qui assure une résistance hydraulique minimale et une circulation d'hélium rapide. Le canal central constitué d'une spirale limite la température des supraconducteurs, mais complique singulièrement le refroidissement du câble. Les pertes de charge de la spirale centrale sont évaluées en azote puis en eau pressurisée ; un modèle de frottement hydraulique est ainsi proposé. Les températures doivent être connues dans le câble, afin de garantir le fonctionnement des supraconducteurs sous charge thermique. Il est alors possible de définir les marges et de fixer la température d'entrée. Des modèles 1D analytiques en régime permanent et transitoire ont été développés afin de mieux comprendre le couplage thermique entre les canaux du CICC. La mesure des constantes caractéristiques d'espace et de temps fournit une évaluation expérimentale de l'homogénéisation thermique interne. Un modèle simple et explicite du coefficient d'échange intercanal est proposé. Le risque de thermosiphon existant entre les deux canaux dans les parties verticales des bobines de fusion est évalué grâce à un critère. Les nouveaux modèles hydrauliques, thermiques et le critère de risque de thermosiphon permettent l'amélioration thermo-hydraulique de la spirale centrale de CICC.AIX-MARSEILLE1-Inst.Médit.tech (130552107) / SudocSudocFranceF

Similitudes des écoulements en lit fluidisé dense (étude par modélisation et expérimentation de l'interaction acoustique entre le lit et le système de ventilation)

L objectif de cette these est de pr esenter les conditions pour lesquelles un lit fluidis e peut interagir avec son systeme de ventilation et de caract eriser le changement de dynamique qui en d ecoule pour le lit. En effet dans le cas d un lit avec un distributeur a faible perte de charge, des ondes de pressions g en er ees par les mouvements du lit peuvent circuler jusque dans le pl enum et interagir avec celui-ci, conduisant a une modification de la dynamique du lit. Cette probl ematique est abord ee suivant trois approches diff erentes mais compl ementaires : th eorique, exp erimentale et num erique. L approche th eorique pr esente une nouvelle gamme de parametres de similitude associ ee a cette dynamique d interaction. Deux nouveaux parametres sans dimension, l un reli e a l influence du distributeur et l autre a l influence du pl enum, permettent de mettre en evidence deux r egimes d ecoulement en fonction de l existence ou de l absence d un couplage constructif entre la dynamique du lit et celle du systeme de ventilation. Une approche exp erimentale permet ensuite d analyser cette dynamique de couplage pour diff erentes conditions op eratoires et de mesurer egalement l efficacit e des nouveaux parametres introduits. Cette etude s appuie en particulier sur une m ethode de traitement du signal r ecente, la transform ee de Hilbert Huang, permettant de caract eriser le contenue fr equentiel des signaux de pression recueillis. Finalement, dans une derniere partie est abord ee plus pr ecis ement, a partir d une approche num erique, la modification de la dynamique diphasique, induite par le couplage acoustique entre le lit et le pl enum, compar ee a la dynamique du lit seul. En prolongement a ce travail sont pr esent es des premiers r esultats sur l influence de la condition de compressibilit e de la phase fluide sur la dynamique du lit pour diff erentes conditions op eratoires. La compressibilit e semble jouer un r ole important pour certaines configurations de lit qu il reste a d eterminer...The aim of this thesis is to present the conditions for which a fluidized bed can interact with its air-supply system and to characterize the dynamics change associated with the bed. In the case of a bed with a low pressure drop distributor, pressure waves generated by the movements of the bed can propagate into the plenum and interact with it, leading to a modification of the bed dynamics. This issue is discussed according to three different but complementary approaches: theoretical, experimental and numerical. The theoretical approach presents a new set of similitude parameters associated with this dynamics of interaction. Two new dimensionless parameters, one connected to the distributor influence and the other to the plenum influence, allow to highlight two regimes, if there is or not a constructive coupling between the bed and the air-feed system dynamics. An experimental approach then is used to analyze this coupling dynamics for various operating conditions and also to measure the efficiency of the new introduced parameters. This study is caracterized, in particular, by a recent method of signal processing, the Hilbert Huang transform, that allows us to determine the frequential contains in the pressure signal collected. Finally, in a last part, starting from a numerical approach, the modification of the two-phase flow dynamics, induced by the acoustic coupling between the bed and the plenum, compared with the sole bed dynamics is discussed more precisely. In prolongation of this work, first results on the influence of the condition of compressibility of the gas phase are presented on the bed dynamics for various operating conditions. Compressibility seems to play an important role for different bed configurations which it remains to determine...AIX-MARSEILLE1-Inst.Médit.tech (130552107) / SudocSudocFranceF

Etude expérimentale et numérique des empilements de fibres (structure et propriétés thermiques)

La caractérisation et la compréhension des transferts de chaleur et de masse au sein de milieux poreux est un enjeu majeur dans des domaines aussi variés que le génie thermique, mécanique, chimique,? Un des objectifs principaux consiste à faire le lien entre la structure des milieux poreux et leurs propriétés de transfert. Pour ce faire, l'utilisation de milieux poreux modèles moins complexes structurellement s'avère nécessaire. Ainsi, cette étude va focaliser son attention sur les empilements désordonnés de fibres rigides monodisperses. La première partie concerne l'étude structurale d'empilements de fibres bidimensionnels dont la structure est plus facile à appréhender que les empilements 3D. Différentes approches ont été utilisées. Dans un premier temps, une étude expérimentale faisant notamment appel à l'analyse d'images met en évidence l'influence de la longueur des fibres (à diamètre fixé) sur la structure du milieu ainsi que dans sa complexité. L'approche théorique fournit des lois simples de variation de la porosité en fonction du rapport d'aspect (longueur/diamètre) des fibres en bon accord avec les mesures expérimentales. Enfin, une simulation numérique d'empilements 2D de fibres a été conçue et a permis de montrer le rôle prépondérant joué par la gravité sur les variations de structure en fonction du rapport d'aspect. La seconde partie concerne l'étude des transferts de chaleur dans un empilement 3D de fibres traversé par un fluide en écoulement. Ils ont été caractérisés grâce à la mise en place d'un dispositif expérimental. La démarche numérique a été utilisée afin de mieux comprendre les résultats observés. Ce travail a notamment permis de mettre en évidence la très grande influence de la morphologie des fibres sur la conductivité thermique équivalente du milieu ce qui ouvre des perspectives intéressantes dans la conception de milieux qui soient à la fois poreux et bons conducteurs thermiques.AIX-MARSEILLE1-BU Sci.St Charles (130552104) / SudocSudocFranceF

Instabilité en fluidisation gaz-solide (dynamique des lits denses et influence des conditions aux limites)

Cette thèse aborde le problème de l'hydrodynamique des lits fluidisés gaz-solide dans les régimes de fonctionnements denses. Le comportement macroscopique du lit, résultant des dynamiques à toutes les échelles, est souvent très complexe (instabilités spatio-temporelles fortement non-linéaires). Avec pour but de comprendre les mécanismes physiques responsables des instabilités macroscopiques, la démarche adoptée dans ce travail est simplificatrice : on étudie, sur un plan expérimental, numérique et théorique la dynamique de seulement quelques couches de grains : les Lits Fluidisés Peu Profonds (LFPP). Ce travail se scinde en deux parties distinctes. La première partie est consacrée à la compréhension de la dynamique intrinsèque des LFPP. Tout d'abord, un travail expérimental a permis de mettre en évidence leurs caractéristiques dynamiques (fréquences d'oscillation) en fonction des deux paramètres de contrôle que sont la vitesse du fluide et taille du lit. Ensuite, à l'aide de deux différents modèles nous décrivons de quelle manière les phénomènes hydrodynamiques et collisionels locaux se combinent pour produire une dynamique globale. Une extrapolation des mécanismes identifiés est réalisée pour des lits de grande taille. Fort de cette analyse la seconde partie a pour but de décrire l'influence des conditions aux limites (C.L.) sur la dynamique des lits denses. Ce travail est abordé en deux étapes. La première concerne la caractérisation, à l'aide d'un modèle linéarisé, du couplage acoustique entre le lit et ses C.L. Nous montrons ensuite de quelle manière le lit peut présenter selon le taux de couplage (i.e. selon la capacité donnée au lit de rétroagir sur ses C.L.) soit une "dynamique intrinsèque" soit une "dynamique de couplage". Ce travail met en évidence qu'il n'existe pas de comportement universel pour les lits fluidisés denses mais qu'il est impératif d'inclure dans n'importe quel modèle la possible influence C.L.AIX-MARSEILLE1-BU Sci.St Charles (130552104) / SudocSudocFranceF