Contrôle actif par Simulation aux Grandes Echelles d'un écoulement de canal turbulent

Dans cette étude, nous analysons en terme de réduction de traînée moyenne et d'efficacité énergétique l'influence de la position du plan de détection et du nombre de Reynolds sur une stratégie de contrôle par opposition. Il s'avère que pour un nombre de Reynolds fixé, la position du plan de détection associée au maximum de réduction de traînée semble correspondre aux régions de production de la turbulence. Nos résultats confirment que la réduction de traînée diminue avec l'augmentation du nombre de Reynolds et que l'efficacité énergétique est maximale pour une position du plan de détection différente de celle correspondant au maximum de réduction de traînée

Contrôle optimal par Simulation aux Grandes Echelles d’un écoulement de canal turbulent

Une stratégie de contrôle optimal est mise en œuvre pour réduire par soufflage/aspiration aux parois la traînée d’un écoulement de canal plan tridimensionnel. Ici, contrairement à l’étude de Bewley et al. (2001),  une Simulation aux Grandes Echelles est utilisée comme modèle réduit des équations de Navier-Stokes. Pour Ret=100, le contrôle parvient à relaminariser complètement l’écoulement alors que pour Ret=180, une réduction de traînée de 55% est obtenue mais sans relaminarisation

Investigation par un écoulement de Couette de la réponse fréquentielle des sondes électrochimiques et de la floculation de particules en suspension

NANCY/VANDOEUVRE-INPL (545472102) / SudocSudocFranceF

Procédé de couchage du papier (caractérisation et simulation de l'écoulement)

L'objectif de ce travail est d améliorer les connaissances relatives aux procédés et aux suspensions de couchage. Concernant l'écoulement dans la cavité Short-Dwell, nous avons commencé par étudier analytiquement, expérimentalement et numériquement l'écoulement dans une géométrie plus académique (cavité cylindrique fermée). Cette investigation a permis de mettre en évidence des phénomènes de stabilité très intéressants au niveau fondamental et de proposer une expression du nombre de Reynolds critique tenant compte de l'extension angulaire de la cavité. Par la suite, nous avons montré numériquement que l'écoulement dans la cavité Short Dwell évolue également vers une configuration tridimensionnelle. Il suit les mêmes séquences de transitions que celles constatées dans la cavité cylindrique. La longueur d'onde axiale obtenue dans ce dispositif lors de la première transition est comparable à celle des stries observées sur le papier après son couchage Ce résultat permet d'apporter l explication des défauts engendrés par le Short-Dwell lors de couchage du papier au-delà d'un Reynolds critique dépendant notamment de la rhéologie de la sauce. Dans la seconde partie de notre travail, nous avons cherché à caractériser le comportement rhéologique des sauces aussi bien les slurries des différentes composantes que les sauces elles-mêmes. Nous avons étudié dans ce cadre, deux familles de sauces de couchage (Hélio et Offset) dont nous avons fait varier la composition, la concentration, les pigments et les liants (latex). Les résultats obtenus ont permis d'établir la sensibilité des trois groupes de paramètres rhéologiques (élastiques, visqueux, thérmodépendent) de ces différentes compositions des sauces. Cette étude systématique permet de donner une description des sauces par des paramètres identifiables et de quantifier la dépendance temporelle leur comportement. Par ailleurs, l'utilisation du rhéovisiomètre pour qualifier la rhéologie des sauces semble apporter des informations précieuses concernant la microstructure des solutions. En effet, les premiers résultats que nous avons obtenus par ce dispositif remettent en cause le schéma généralement admis qui consiste à supposer que la sauce est structurée au repos sous forme d'un floc macroscopique qui se désintègre en flocs de plus en plus petits avec l'accroissement du cisaillement. La visualisation des structures de la solution montre que les flocs apparaissent avec l'écoulement à partir d'une sauce homogène au repos.NANCY/VANDOEUVRE-INPL (545472102) / SudocSudocFranceF

Influence de la présence d'une paire de vortex contrarotatifs sur la stabilité d'un jet rond

Dans un certain nombre d'écoulements industriels, la génération de vortex calibrés constitue un moyen de mélange et de dispersion efficace. Cependant, le mouvement tourbillonnaire ainsi créé modifie fortement les propriétés dynamiques et la stabilité de l'écoulement lui-même. La présente étude s'intéresse à un cas académique qui est l'influence de la présence d'une paire de vortex contrarotatifs sur la stabi!ité d'un jet rond. Du point de vue expérimental, ces vortex sont initialement générés par l'écoulement dans un coude. Une modélisation théorique de l'e coulement de base simplifié est développée pour vérifier les conditions limites d'interface libre séparant deux fluides. Ce couplage des problèmes de jet rond avec ceux d'une paire de vortex, généralise en quelque sorte les approches classiques. Par ailleurs, de manière originale, nous introduisons dans cette modélisation un degré de liberté supplémentaire lié à la position du centre des vortex. L'analyse théorique de la stabilité linéaire met en évidence le caractère déterminant de ce paramètre. Un décalage initial des vortex vers l'intrados diminue le taux de croissance des ondes instables, alors qu'une position initiale vers l'extrados l'augmente. L'influence de ce paramètre a été étendue sur les propriétés convectives-absolues de la stabilité par le biais de la détennination du nombre de Weber critique. Parallèlement, une boucle expérimentale a été spécialement mise au point afin de mettre en évidence l'influence des vortex sur un jet rond classique dans l'air. La modification particulière de l'interface montre une bonne concordance avec le modèle développé. Enfin, une technique expérimentale originale a été développée pour la détermination quantitative des caractéristiques des ondes instables (taux de croissance, vitesse, longueur d'onde).NANCY/VANDOEUVRE-INPL (545472102) / SudocSudocFranceF

Viscoélasticité et écoulements de fluides structurés

Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons aux différents comportements de fluides structurés (solutions aqueuses de polymères, suspensions), sous écoulements cisaillés. Dans la première partie, nous donnons une description globale des objets constituant le matériau en utilisant une modélisation structurelle, d'une part et en effectuant des mesures de biréfringence pour qualifier l'anisotropie des objets, d'autre part. A travers la loi tentio-optique, nous montrons que le comportement des objets ne dépend que de la contrainte appliquée. En outre, nous étudions les conditions de mesures objectives pour mener une caractérisation rigoureuse, en comparant des mesures de fluage et d'oscillations et en utilisant une approche analytique. Ce qui va permettre de développer une méthode d'identification des paramètres viscoélastiques et leurs évolutions sous cisaillement, dans le régime linéaire et non linéaire. La deuxième partie concerne les écoulements bidimensionnels de ces fluides dans une géométrie de cylindres coaxiaux centrés et excentrés, à grand entrefer. Le dispositif expérimental est validé par des mesures sur un fluide newtonien. L'objectif est d'étudier le comportement local de différents fluides en utilisant la technique de la PIV. Pour cela, nous réalisons un dispositif expérimental fiable et suffisamment précis pour accéder au champs de vitesse instantané dans tous l'entrefer. Les mesures nous permettent d'accéder à la loi de comportement locale de chaque matériau que nous comparons avec la loi de comportement globale donnée par le rhéomètre dans le cas de la géométrie centrée. De plus, des simulations numériques sur Fluent, ont été effectuées pour compléter notre étude. Les résultats obtenus pour des écoulements laminaires, de différents fluides: newtonien, peu rhéofluidifiant, très rhéofluidifiant, montrent qu'il est possible de décrire et prédire le comportement des fluides newtoniens et faiblement rhéofluidifiants mais les modèles classiques existants dans Fluent ne sont pas capables de décrire le comportement des fluides très rhéofluidifiant qui présentent une très forte hétérogénéité des gradients de vitesse dans l'entreferUnder this thesis, we look at the different behaviors of structured fluids (aqueous solutions of polymers, suspensions) under sheared flow. In the first part, we give a comprehensive description of the items constituting the material using a structural modeling, on the one hand and carrying out birefringence measures to qualify anisotropy objects on the other. Through the tentio-law, we show that the behavior of objects depends only on the applied stress. In addition, we study the conditions of objective measures to conduct a rigorous characterization, comparing creep and oscillations measures, and using an analytical approach. This will help develop a method for identifying viscoelastic parameters and their developments under shear, in both a linear and a no linear regime. The second part concerns the two-dimensional flows of fluids in a coaxial cylinder geometry centered and eccentred, in a wide gap. The objective is to study the local behavior of different fluids using the PIV technic. To do this, we realize an experimental reliable and accurate enough, in all the gap. The experimental device is validated by measurements on a Newtonian fluid. The measures allow to access the local law behavior of each material that we compare with the overall behavior of law given by the rheometer in the case of centered geometry . In addition, digital simulations on Fluent, were made to complement our study. The results for laminar flow, for different fluids: newtonian, little rhéofluidifiant and very rhéofluidifiant, show that it is possible to describe and predict the behavior of some fluid but the existing model in Fluent can not describe the behavior of very rheofluidifiant fluids which have a very strong heterogeneity gradients speed in the gap.NANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Caractérisation acoustique des parois épaisses périodiques dans les locaux industriels

Les parois qui délimitent les locaux industriels peuvent présenter un relief périodique. Différentes méthodes dédiées à la caractérisation acoustique de ce type de parois, encore appelées réseaux acoustiques, sont présentées. L'une d'entre elle, la méthode des guides d'ondes, s'est révélée particulièrement bien adaptée aux géométries couramment rencontrées dans les locaux industriels. Cette méthode consiste à discrétiser les profils des réseaux acoustiques en éléments géométriques simples et à rechercher le champ acoustique dans les régions associées à chacun de ces éléments sous la forme d'ondes guidées. Des simulations numériques de la méthode des guides d'ondes ont été réalisées afin de mettre en évidence certains phénomènes physiques associés aux réseaux acoustiques. La méthode des guides d'ondes a également été comparée à d'autres méthodes existantes. Une généralisation de cette méthode a ensuite été développée, afin d'en étendre le domaine d'application aux réseaux acoustiques deux fois périodiques. Une campagne de mesures en champ libre a également été mise en œuvre. La bonne concordance entre les résultats numériques et expérimentaux a permis de mettre en évidence la pertinence de la méthode des guides d'ondes.Facings in industrial rooms can have periodic profiles. Various methods for the acoustic characterization of those kind of facings are presented in this work. The waveguides method, is well adapted to the geometries usually met in industrial rooms. According to this method, the profile geometry is simplified using elementary rectangular volumes. The acoustic field in the profile interstices can then be expressed as the superposition of waveguide modes. Numerical simulations of the waveguides method were realized, and physical phenomena associated with the sound reflection on periodic facings were observed. The waveguides method was also numerically compared with other existing methods. A generalization of this method have been proposed to extend its applicability to twice-periodic facings. Free field measurements were also carried out. The agreement between numerical and experimental results proves that the waveguides method is valid.NANCY1-SCD Sciences & Techniques (545782101) / SudocSudocFranceF

Effect of wall shear rate on biofilm deposition and grazing in drinking water flow chambers

International audienceThe effect of four‐wall shear rates (34.9, 74.8, 142.5, and 194.5 s−1) on bacterial deposition on glass slides in drinking water flow chambers was studied. Biofilm image acquisition was performed over a 50‐day period. Bacterial accumulation and surface coverage curves were obtained. Microscopic observations allowed us to obtain information about the dynamics and spatial distribution of the biofilm. During the first stage of biofilm formation (210–518 h), bacterial accumulation was a function of the wall shear rate: the higher the wall shear rate, the faster the bacterial deposition (1.1 and 1.9 × 104 bacterial cells · cm−2 for wall shear rates of 34.9 and 142.5 s−1, respectively). A new similarity relationship characteristic of a non‐dimensional time and function of the wall shear rate was proposed to describe initial bacterial deposition. After 50 days of exposure to drinking water, surface coverage was more or less identical under the entire wall shear rates (7.44 ± 0.9%), suggesting that biofilm bacterial density cannot be controlled using hydrodynamics. However, the spatial distribution of the biofilm was clearly different. Under low wall shear rate, aggregates were composed of bacterial cells able to “vibrate” independently on the surface, whereas, under a high wall shear rate, aggregates were more cohesive. Therefore, susceptibility to the hydraulic discontinuities occurring in drinking water system may not be similar. In all the flow chambers, significant decreases in bacterial biomass (up to 77%) were associated with the presence of amoebae. This grazing preferentially targeted small, isolated cells