Étude expérimentale du frottement pariétal instationnaire

Abstract

The aim of this thesis is to find out experimentally the temporal evolution of unsteady skin friction in the presence of a propagation of pressure wave. The transient flow is obtained downstream sudden valve closure. The experimental study of the transient flow is carried out by Ultrasonic pulsed Doppler velocimetry to measure the instantaneous velocity profiles and by the polarographic method to determine the local skin friction. These measurements made it possible to highlight the effect of the waves of pressure on the velocity profiles and skin friction. The results made it possible to show that the quasi-steady approach to determine the unsteady friction is valid only if the characteristics of the flow vary little. When the flow is subjected to strong accelerations and decelerations, this approach is not applicable. This study made it possible to confirm all while specifying them, certain models based on the instantaneous acceleration. The analysis of the results shows that the empirical coefficient of the instantaneous acceleration used in many models depends closely on the nature of the transient event, of the intensity of accelerations or decelerations and the time. It is shown that the scale of time of a transient event is an essential parameter of which it is necessary to hold account for a better prediction of skin friction in a transient flowL’objectif de cette thèse est de déterminer expérimentalement l’évolution temporelle du frottement pariétal instationnaire en présence d’une propagation d’onde de pression. L’écoulement transitoire est obtenu suite à la fermeture brusque d’une vanne située à l’extrémité aval d’une conduite où l’écoulement est initialement permanent. L’étude expérimentale de l’écoulement transitoire est réalisée par vélocimétrie ultrasonore à effet Doppler pour les mesures des profils de vitesse instantanés et par la méthode polarographique pour la détermination du frottement pariétal local. Ces mesures ont permis de mettre en évidence l’effet des ondes de pression sur les profils de vitesse et sur le frottement pariétal. Les résultats ont permis de montrer que l’approche quasi-stationnaire pour la détermination du frottement instationnaire n’est valable que dans le cas où les caractéristiques de l’écoulement varient peu. Lorsque l’écoulement est soumis à de fortes accélérations et décélérations, cette approche n’est plus applicable. Cette étude a permis de confirmer tout en les précisant, certains modèles basés sur l’accélération instantanée. L’analyse des résultats montre que le coefficient empirique de l’accélération instantanée utilisé dans de nombreux modèles dépend intimement de la nature de l’événement transitoire, de l’intensité des accélérations ou des décélérations et du temps et que le frottement instationnaire est en phase avec l’accélération. On montre que l’échelle de temps d’un événement transitoire est un paramètre essentiel dont il faut tenir compte pour une meilleure prédiction du frottement pariétal dans un écoulement instationnair