Modélisation numérique 2-D du jet de rive

Nous présentons les résultats de simulations Navier-Stokes/VOF (code AQUILON – TREFLE) de l'écoulement air/eau d'un jet de rive, qui est l'écoulement final généré par une vague déferlante lorsqu'elle arrive sur le haut d'une plage. La partie amont du jet de rive est d'abord validée par la simulation de la propagation d'un ressaut hydraulique sur fond plat. Nous étudions ensuite la transformation d'un ressaut en jet de rive sur une plage inclinée. Les résultats en termes de profils de surface libre et de vitesse de propagation du mascaret et de la nappe de swash, comparés aux mesures par Yeh et al. (1989), montrent une bonne correspondance

Modelling of sediment suspensions in oscillating grid turbulence

International audienceA $k–ε$ model is used to describe the steady state of fine-grained sediments maintained in suspension by purely diffusive turbulence, as generated in oscillating grid turbulence experiments. The behaviour is shown to depend both on the bulk Rouse number $Rou_0$ and the product of the bulk Rouse number and the bulk Richardson number $Ri_0 Rou_0$, built on oscillating grid parameters. For $Rou_0 0.01$, the mean sediment concentration and turbulence decay simultaneously with increasing distance from the grid, and no sharp interface is observed

Études de l'hydrodynamique et du transfert de matière en film ruisselant (application aux colonnes de garnissage)

Dans le cadre industriel du traitement d'effluent gazeux, notamment H2S, l'optimisation des unités de type Clauspol passe par le remplacement du garnissage vrac en garnissage structuré. Ce dernier est d'emploi récent, et il est nécessaire d'acquérir une meilleure connaissance de l'hydrodynamique et du transfert de matière sur de telles structures, complexes du fait de leurs géométries. Le transfert de matière gaz-liquide est étudié pour des écoulements en films minces ruisselant sur des surfaces inclinées lisse et corruguée. Les conductances de transfert locales en phases gaz et liquide, kG et kL, ainsi que la surface d'échange effective, a, sont estimées à partir d'expériences d'absorption réactive de CO2 dans des solutions de soude. La dépendance des paramètres caractéristiques du transfert est explorée en fonction des propriétés géométriques des surfaces de ruissellement et des propriétés hydrodynamiques locales caractérisées par le débit et l'épaisseur des films liquides. L'épaisseur déterminée expérimentalement par méthode ultrason ou par analyse de distribution des temps de séjour est faible, inférieure à 1.10-3m en film lisse pour une inclinaison de 30ʿ. Sur plan corrugué, tout en travaillant pour des angles plus fort, 70ʿ, l'épaisseur du film est plus forte, induisant une diminution de la vitesse d'écoulement du liquide. Ainsi, l'augmentation globale du produit kLa observée en passant d'un écoulement sur plan lisse à corrugué, est essentiellement liée aux effets des corrugations sur la surface d'échange. En revanche, la conductance de transfert kL est peu perturbée dans la gamme des nombres de Reynolds étudiée. Elle est aussi peu sensible à la géométrie du film.Within the industrial framework of the gas waste processing, in particular H2S, the optimization of the Clauspol type units requires the substitution of random packing by structured packing. Structured packing are of recent use, and it is necessary to acquire a better knowledge of the hydrodynamics and mass transfer on such structures, which are complex because of their geometries. Gas-liquid mass transfer is studied for thin films trickling down a tilted plane surface or corrugated one. Local gas side and liquid side mass transfer coefficient, kG and kL, as well as the specific interfacial area, a, are estimated by means of experiments of reactive absorption of CO2 in a sodium hydroxide solution. The dependence of these mass transfer characteristic parameters is explored versus the geometrical properties of the streaming surfaces and the local hydrodynamic properties characterized by the flow rate and liquid film thickness. The mean film thickness is measured using an ultrasonic probe method and by the analysis of Residence Time Distribution. It is small, thinner than 1.10-3m for a liquid film trickling over plane surface inclined at 30ʿ. On a corrugated surface, while working for angles stronger, up to 70ʿ, the thickness is larger inducing a reduction of the liquid flow velocity. Thus, the total increase in the kLa product observed while passing from a flow on a plane surface to a flow on a corrugated one, is primarily related to the effects of the corrugated geometry on the specific interfacial area. Moreover, the liquid side mass transfer coefficient kL is not very disturbed in the studied range of Reynolds numbers. It is also not very sensitive to the film geometry.PAU-BU Sciences (644452103) / SudocTOULOUSE-ENSIACET (315552325) / SudocSudocFranceF

Mesures locales des variations bachymétriques et des propriétés du sol en zone de surf

L'évolution des fonds sableux le long du littoral côtier résulte de façon prédominante des processus de transport sédimentaire dans la zone de déferlement. De fait, le suivi du niveau sédimentaire dans cette zone est primordial autant pour la compréhension des mécanismes en jeu que pour la surveillance d'ouvrages. Cependant le suivi de cette zone peut s'avérer délicat compte tenu des conditions énergétiques et de la dynamique globale de cette zone. La thèse présentée ici a été menée de manière à développer et mettre en œuvre un nouveau moyen de mesure basé sur une méthode électrique de différenciation des milieux.Le système se présente sous la forme d'une série d'électrodes montées sur une perche enfoncée dans le sédiment. Le contraste de résistivité entre le sédiment et l'eau permet de différencier les milieux de manière à positionner le lit sédimentaire en fonction de la position des capteurs le long de la perche. Le système, a fait l'objet d'une étude théorique pour dimensionner et optimiser la configuration des électrodes puis des simulations numériques et des essais en laboratoire ont confirmés le comportement théorique de la mesure. Le système a ensuite été mis a l'épreuve durant une campagne de mesure in situ. L'analyse de ces données a pu fournir des informations sur les variations du niveau sédimentaire pendant plusieurs cycles de marée en présentant une approche originale de l'interface eau sédiment en conditions dynamiques. Finalement, l'utilisation des mesures de résistivité pour évaluer l'évolution de la porosité dans les premiers centimètres de sédiment est analysée, en pointant les limitations et en proposant des améliorations pour l'instrument.Evolution of sandy coastline results predominantly of sediment transport processes in the surf zone. Thus, monitoring sediment levels in this area is crucial both for understanding the mechanisms involved and for the supervision of marine structures. However monitoring this area can be tricky because of energy conditions and the global dynamic of this area. The thesis presented here was conducted in order to develop and implement a new measurement system based on an electrical method of bed level detection. The system is made of a ramp of electrodes mounted on a supporting pole that is buried in the sediment. The resistivity contrast between the sediment and the water is then used to differentiate both mediums. A theoretical study as been made in order to optimize the electrode configuration. Then numerical simulations and laboratory tests have been performed to confirm theoretical behavior of the measurement. The system was then submitted to real conditions testing during field experiment.Analysis of these data have provided informations on sediment level changes over several tidal cycles, presenting an original approach of the sediment water interface under dynamic conditions. Finally, the way of using resistivity measurements to assess the evolution of porosity in the first centimeters of sediment layer is analyzed, pointing out limitations and suggesting improvements of the instrument.PAU-BU Sciences (644452103) / SudocSudocFranceF

Contribution of entrapped air to liquefaction and wave scour around coastal structures

International audienc

Modélisation numérique d'impacts de vagues sur un mur (prise en compte de la présence d'air dans l'eau)

On présente un modèle numérique conçu pour la simulation d impact de vagues sur une structure avec prise en compte de l aération de la phase liquide. Ce modèle est fondé sur les une approche multifluide résolvant les équations de Navier-Stokes dans le cas compressible. Les méthodes numériques sont un algorithme de volumes finis pour l espace et une méthode de Runge-Kutta d ordre 2 pour l avancement en temps. L interface est suivie par une méthode de relaxation. On réalise une validation de ce modèle qui donne des résultats satisfaisants pour la propagation d ondes acoustiques et de choc dans un mélange d eau et de bulles et pour le déferlement de vague. Ensuite les résultats de l application aux impacts de vague sur un mur vertical sont analysés. On étudie l influence de la teneur en air dans l eau et de la distance au mur du déferlement. Les oscillations de la poche d air sont corrélées aux oscillations de la pression au mur. La présence de forts gradients devant le mur est mise en évidence.This work presents a numerical model designed for the simulation of water wave impacts on a structure when aeration of the liquid phase is considered. The model is based on a multifluid Navier-Stokes approach in which fluids are compressible. The numerical methods are a finite volume algorithm in space and a second order Runge-Kutta method in time, the interface is tracked through a pressure relaxation method. A validation of this model is performed. It shows a good accuracy for acoustic and shock wave propagation in a bubbly liquid and for wave breaking. Then results from wave impact on a vertical wall are analysed. The influences of the air content and of the wave breaking distance from the wall are investigated. The oscillation of the entrapped air pocket showed to be linked to the oscillations of the pressure at the wall. The presence of strong gradients in front of wall is highlighted.PAU-BU Sciences (644452103) / SudocSudocFranceF

Contribution à la simulation du mélange turbulent par la schématisation de fonctions densité de probabilité

L'objectif est de proposer un modèle schématisant le mélange en fonction des échelles de longueur et de temps caractéristiques de la turbulence en se limitant au cas de la turbulence homogène et isotrope. Le modèle introduit la notion de particule fluide élémentaire et ses différents voisinages (immédiat, proche et lointain). Pour chaque niveau de voisinage, un modèle spécifique de mélange existant dans la littérature est appliqué. L'approche prend en compte, des petites aux grandes échelles, la diffusion moléculaire (loi de Fick), le mélange interne aux particules fluides (modèle de Kerstein, 1988), le mélange externe aux particules fluides (inspiré du modèle LMSE de Dopazo 1974, ou du modèle C/R de Curl, 1963) et le macromélange (calcul des déplacements lagrangiens). Une horloge interne exécute de manière séquentielle les différents modèles en les appliquant instantanément à des intervalles de temps définis. Deux configurations ont été étudiées. La première est le cas académique du mélange d'un scalaire inerte réparti initialement de manière bimodale. Les évolutions temporelles des fonctions densité de probabilité (PDF), de la variance et des coefficients de symétrie et d'aplatissement ont été comparées à celles issues des simulations numériques directes de Eswaran & Pope (1988). Une étude paramétrique sur la synchronisation et la prépondérance des phénomènes modélisés a été effectuée. La deuxième configuration est celle de couches de mélange thermique issues d'un ou de deux fils chauds introduits dans un écoulement de turbulence de grille à vitesse moyenne uniforme. Nos résultats numériques sont en accord qualitatif avec les résultats expérimentaux de Warhaf (1984)This thesis considers a method which simplifies the mixing at different levels, depending on turbulence length and time scales. The analysis is here restricted to the case of homogeneous and isotropic turbulent flows. The model is based on elementary fluid particles considered in their different levels of neighborhoods. For each vicinity level, a specific mixing model is applied. The approach takes into account - from small to high lenght scales - laminar diffusion (Fick diffusion process), internal mixing into fluid particle (Kerstein model, 1988), external mixing between fluid particles contained into a same eulerian volume (inspired from the LMSE model developpef by Dopazo, 1974, or from the Curl model,1963) and turbulent dispersion (where lagrangian moves are computed). An internal clock organizes the sequence of applications of the different models. Each one is applied instantaneously at different periodic times. Two different cases have been studied. The first case is the time evolution of mixing between two components initially introduced in two different areas. The numerical results have been compared to those of Direct Numerical Simulations by Eswaran & Pope (1988). The time evolution of Probability Density Functions, and the evolutions of variance, symetry coefficient and flatness coefficient have been compared. A parametrical study of the parameter governing the sequence of application of the different models has been performed. The second case considers thermal mixing layers emitted from one or two hot films placed inside a grid turbulence with uniform mean flow. Numerical results are in qualitative agreement with the experimental results by Warhaft (1984).PAU-BU Sciences (644452103) / SudocSudocFranceF