Academic literature on the topic 'Écoulement diphasique – Méthodes graphiques'

Cette étude est divisée en deux parties: la première est consacrée à une nouvelle méthode permettant de déterminer l'angle de contact air-liquide-solide ou liquide-liquide-solide. Les valeurs d'angles obtenues par le microscope confocal à balayage laser (CSLM) à partir du modèle en 3D de la goutte montrent un bon accord avec les valeurs qu'on obtient à partir de la méthode conventionnelle du goniomètre. La modélisation géométrique en 3D de la goutte obtenue à partir des images CSLM a permis d'étudier la distribution locale des angles de contact autour de la goutte, et donc de détecter une hétérogénéité locale d'une surface plane solide. La deuxième partie est consacrée à une étude expérimentale des écoulements diphasiques liquide-gaz et liquide-liquide dans des microcanaux horizontaux. Pour chaque couple de fluides, les pertes de pression ont été mesurées et les configurations d'écoulements ont été identifiées pour une large gamme de nombres de Reynolds. Les cartographies d'écoulements ont été réalisées et comparées avec celles de la littérature. Pour les écoulements liquide-gaz, cette étude a montré l'effet des propriétés physiques des fluides sur les configurations d'écoulements et donc sur les pertes de pression. Pour les écoulements liquide-liquide, les expériences ont été réalisées dans deux cas de figure : microcanaux initialement saturés en huile et microcanaux initialement saturés en eau. Dans la gamme des débits étudiée, on observe une différence de configurations d'écoulements et donc de pertes de pression entre les deux séries d'expériences. Pour les deux systèmes liquide-gaz et liquide-liquide, les résultats expérimentaux sont interprétés au moyen du modèle homogène et de l'approche de Lockhart-Martinelli
This study is divided in two parts: the first one presents a new technique to quantify contact angle and then the wettability. This technique uses a confocal laser scanning microscope (CSLM) and allows to record series of 2-D images of a fluorescent liquid droplets set on various solids surfaces. The building of 3-D images is done with the summation of several images acquired with a regular step along the CSLM z-axis. The results obtained are similar to those obtained with a conventional goniometric technique for different air-liquid-solid systems. The CSLM images shows that drops are characterized by complex morphologies and that the local contact angles can be modified by chemical heterogeneities in the fluids. The second part is mainly an experimental study which deals with liquid-gas and liquid-liquid flows in horizontal microchannels. For each system, the pressures drops are measured and the flow regime maps are realised and compared with those presented in the literature. In the case of liquid-gas flows, the fluid properties have a great impact on the pressure drops and flow patterns. For liquid-liquid flows, two types of experiments are studied: microchannels initially saturated with oil and microchannels initially saturated with water. In the range of the Reynolds numbers considered, a difference in the pressure drops and the flow patterns are observed. The experimental results are interpreted with the homogeneous model and the Lockhart-Martinelli approach

Ce travail concerne le developpement d'une methodologie destinee a caracteriser et diagnostiquer les transitions de regime d'un ecoulement diphasique. La demarche repose sur l'hypothese fondamentale qu'un ecoulement de transition est moins stationnaire qu'un ecoulement dont le regime est etabli. Dans un premier temps, les efforts ont plus specifiquement concerne: a) la conception et la construction d'un circuit experimental permettant de reproduire de maniere stable et maitrisee les principales configurations d'un ecoulement eau-air horizontal, b) la conception et la construction d'une sonde conductimetrique destinee a fournir une information imagee de la repartition geometrique des phases dans un troncon de conduite et c) l'etude systematique des methodes d'analyse conjointe temps-frequence et temps-echelle, qui a permis de definir un parametre adequat de quantification du degre d'instationnarite. Dans un deuxieme temps et afin de verifier l'hypothese fondamentale, une campagne experimentale a ete menee, dans le but d'exhiber la correlation entre instationnarite et changement de regime. Le degre d'instationnarite a ete quantifie en calculant la covariance temps-frequence de la transformee de gabor des signaux delivres par la sonde a impedance. Par ailleurs, la phenomenologie de chaque transition a pu etre caracterisee grace aux moments et a l'entropie conjoints. Les resultats montrent clairement que les changements de configuration d'ecoulement sont associes a des maxima locaux de la covariance, ce qui demontre que ces changements se caracterisent par une perte de stationnarite. La covariance temps-frequence constitue donc un indicateur objectif de transition de regime d'un ecoulement diphasique

Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour but de modéliser puis de simuler des problèmes de balistique intérieure. Nous étudions deux modèles diphasiques différents: le modèle de Gough répandu dans la littérature balistique et un modèle de relaxation. Ces modèles ont des propriétés mathématiques différentes mais ont en commun qu'ils sont conditionnellement hyperboliques et non conservatifs. Nous proposons une méthode numérique pour résoudre les systèmes d'équations associés en trois dimensions d'espace. Une attention particulière est portée sur les termes sources et en particulier sur le critère d'allumage et le modèle de combustion à basse pression.

Dans cette thèse nous nous intéressons dans une première partie à la simulation numérique d'un écoulement diphasique en milieu poreux par une méthode de volumes finis adaptatifs. La modélisation proposée par G. CHAVENT, conduisant au couplage d'une famille d'équations elliptiques en pression, et d'une équation de convection-diffusion non linéaire en saturation a été retenue. Nous discrétisons la convection par décentrement et la diffusion par le schéma VFdiamant. Nous montrons la L puissance infinie - stabilité du schéma de discrétisation obtenu dans des cas simples. Nous implémentons ce schéma à l'aide des cas tests académiques sur des maillages non structurés adaptatifs; les résultats obtenus reproduisent ceux de la littérature. La seconde partie de ce travail est consacré à l'étude de certains schémas volumes finis dédiés à l'approximation des opérateurs de diffusion. En particulier, nous considérons les schémas : VFdiamant, DDFV développé par P. Omnes et K. Domelevo, VFmixte dû à J. Droniou et à R. Eymard et CVFE développé par B. Amaziane et M. Afif. Ainsi, l'analyse du schéma VFmixte dans le cadre de l'approximation d'une équation de convection-diffusion-réaction a montré la convergence forte de la solution numériques dans L puissance Q (oméga) pour tout q < 2d /(d-2) et la convergence faible du gradient discret dans L puissance carré (oméga)puissance d ; oméga étant un ouvert de IRexposant d, d=2,3. Une analyse d'erreur a posteriori a également été menée, aussi bien pour le schéma DDFV que pour le schéma VFmixte, dans le cas d'une équation de diffusion. L'implémentation des indicateurs d'erreur pour DDFV a montré leur pertinence en termes de localisation de l'erreur. Nous menons enfin une étude numérique comparative des schémas CVFE, DDFV et VFdiamant dans le cadre de l'approximation de l'équation de la chaleur
The First part of this thesis is devoted to the numerical simulation of two-phase flow in porous media and this has been done by an adaptative finite volume method. Using the global pressure approach proposed by G. Chavent this phenomenon is modeled by a set of elliptic equations in pressure coupled to a convection-diffusion equation in saturation. We use an upwind scheme to discretize a convection part and we approximate the diffusion part using the diamond scheme (VFdiamant). We prove the - stability of this discretization scheme in the pure convection case as well as in the pure diffusion case. The results obtained for some academic test cases on unstructured adaptive two-dimensional grids, are very similar to those contained in the literature. In the second part of the thesis, we study some finite volume schemes devoted to discretization of diffusion operators. Namely, we consider the following schemes: VFdiamant, DDFV developed by P. Omnes and K. Domelevo, VFmixte by J. Droniou and R. Eymard and CVFE developed by B. Amaziane and M. Afif. Thus, the convergence analysis of VFmixte applied to convection-diffusion-reaction equation has been conducted. It has shown the strong convergence of the numerical solution [. . . ] for all and the weak convergence of the discrete gradient [. . . ]. An a posteriori error analysis has also been conducted, for both DDFV and VFmixte, in the case of a diffusion equation. The implementation of error indicators for DDFV shows their efficiency in terms of localization of error. This study has been concluded by a numerical comparison of CVFE, DDFV and VFdiamant applied to theapproximate heat equation

Cette thèse étudie la modélisation et la simulation numérique d'écoulements diphasiques à interfaces avec changement de phase. Cette transition est localisée en des interfaces qui sont produites dynamiquement. On prend également en compte la diffusion de la chaleur, la tension de surface et les forces de gravité. L'application envisagée est la simulation d'écoulements dans un réacteur à eau pressurisée dans l'industrie nucléaire civile. On s'intéresse ici plus précisément à un éventuel fonctionnement accidentel et en particulier au phénomène de la crise d'ébullition. On modélise les écoulements diphasiques avec changement de phase par un modèle basé sur le système des équations d'Euler fermé par une seule équation d'état obtenue en postulant un équilibre instantané et local des pressions, températures et potentiels chimiques de chaque phase. On en étudie ensuite l'hyperbolicité et le problème de Riemann qui lui est associé. Du point de vue numérique, puisqu'il n'y a pas d'expression analytique pour la loi à l'équilibre dans le cas général, on propose une méthode simple pour approcher cette loi d'état lorsque les propriétés des deux phases sont décrites par des lois très générales, éventuellement sous forme tabulée. Enfin, pour simuler des écoulements diphasiques avec changement de phase, on présente un schéma numérique de type relaxation/projection pour lequel la phase de projection utilise cette approximation de l'équilibre thermodynamique.

On s’int´eresse `a l’´ecoulement d’un m´elange d’eau et d’huile dans une matrice poreuse suppos´ee h´et´erog`ene, et plus particuli`erement apposition de diff´erentes sous-matrices poreuses suppos´ees homog`enes. Si la mod´elisation et l’analyse des ´ecoulements diphasiques dans des milieux poreux homog`enes a fait l’objet de nombreuses ´etudes pr´ealables, ce travail s’int´eresse aux ph´enom`enes li´es aux forces provenant de la pression capillaire au niveau des interfaces entre des milieux diff´erents. Dans un premier temps, on suppose que l’on peut connecter les pressions au niveau des interfaces. Cela n´ecessite des hypoth`eses sur les profils de pression capillaire, afin que les raccords soient possibles. On d´emontre l’existence d’une solution faible du probl`eme parabolique d´eg´en´er´e obtenu par convergence d’une famille de solutions approch´ees obtenues `a l’aide d’un sch´ema Volumes Finis. L’unicit´e est garantie, sous hypoth`ese sur les d´eg´en´erescence, par une m´ethode de d´edoublement de variable aboutissant `a un principe de contraction L1. La mod´elisation ne garantit pas forc´ement que le raccord des pressions capillaires aux interfaces soit possible. Dans le chapitre 3, on donne une condition de raccord graphique des pressions capillaires aux interfaces qui permet de traiter des cas beaucoup plus g´en´eraux. On montre que de le probl`eme avec raccords graphiques admet une solution. Un r´esultat d’unicit´e et de contraction L1 est donn´e dans le cas unidimensionnel. Dans le chapitre 4, on montre la convergence d’une approximation Volumes Finis vers l’unique solution du probl`eme unidimensionnel. Ce r´esultat utilise une borne uniforme sur les flux discrets, analogie discr`ete de la preuve dans le cas continue faite au chapitre pr´ec´edent. On ´etudie dans les chapitres 5 et 6 la limite des solutions lorsque la d´ependance de la pression capillaire par rapport `a l’inconnue saturation devient tr`es faible, et que la pression capillaire ne d´epend plus que du sous milieux poreux homog`ene. Il apparaˆıt alors des ph´enom`enes diff´erents selon l’orientation des forces de gravit´e et de capillarit´e. Soit la solution du probl`eme est la solution entropique d’une ´equation hyperbolique `a flux discontinus, soit une solution faible, entropique `a l’int´erieur des sous-domaines homog`enes, et laissant apparaˆıtre un choc non classique `a l’interface.

Etude théorique par une technique de prise de moyenne et par l'utilisation de la thermodynamique irréversible de l'écoulement de deux phases non-miscibles, incompressibles en milieu poreux. Etude quantitative des termes non diagonaux d'une matrice des perméabilites relatives traduisant le couplage entre les vitesses de chaque phase fluide. Modélisation de l'écoulement dans un pore par l'écoulement diphasique dans un capillaire de section carrée. Application a un cas concret montrant qu'à l'échelle macroscopique, les termes de couplage ne sont pas negligeables

Un modèle eulérien-eulérien permettant de décrire l’écoulement diphasique résultant de l’interaction entre un brouillard d’eau polydisperse et un feu de matière thermoplastique est developpé. La phase dispersée est décrite par la méthode des moments de la fonction de distribution en taille des gouttes qui permet de capturer la nature polydisperse du brouillard sans avoir recours à la différenciation par classes de taille. Appliqué à deux configurations, ce modèle a permis d’étudier l’influence des principales caractéristiques d’un brouillard d’eau sur l’atténuation et l’extinction du feu, consécutive à un arrêt de la pyrolyse du matériau solide. Dans la première configuration, axisymétrique, les résultats montrent l’importance de la polydispersité du brouillard d’eau sur le temps d’extinction. Les conditions optimales d’extinction, en termes de rayon moyen de Sauter et de débit d’aspersion sont déterminées. La seconde configuration, tridimensionnelle, est relative à la lutte d’un feu dans un tunnel ventilé. L’efficacité du brouillard est principalement conditionnée par la dynamique des gouttes. L’interaction feu/brouillard est caractérisée par une transition rapide vers un état stationnaire, l’extinction ne pouvant se produire que durant cette phase transitoire avec des débits d’aspersion élevés. Si l’extinction n’a pas lieu, l’atténuation du feu met en évidence un comportement asymptotique à l’état stationnaire lorsqu’on augmente le débit d’eau injecté
An Eulerian-Eulerian two-model is developed to describe the interactions between a thermoplastic fire and a polydisperse spray. The dispersed phase is described by the droplet size moment method which is able to capture the polydisperse nature of the spray flow without segregation into droplet size classes. Applied to two configurations, this model is used to study the influence that the main characteristics of the water spray have on the fire mitigation and/or extinction, due to a cessation of the pyrolysis process. In the first configuration, axisymmetric, model results reveal the role of the spray polydispersity on the time for extinguishment. Optimum spray characteristics such as the Sauter mean radius and water flow rate are then determined. The second configuration is three-dimensional and concerns the mitigation of a ventilated tunnel fire with water mist. The results show that the spray efficiency is mainly related to the droplet dynamics and that extinction occurs during the transient phase of the fire/water spray interaction at high water flow rate. This transient phase is then followed by a steady state where fire mitigation exhibits an asymptotic behavior with increasing water flow rate

Cette thèse s'intéresse au modèle diphasique de Baer-Nunziato. L'objectif de ce travail est de proposer quelques techniques de prise en compte de la disparition de phase, régime occasionnant d'importantes instabilités au niveau du modèle et de sa simulation numérique. Par des méthodes d'analyse et de simulation reposant sur les techniques d'approximation par relaxation à la Suliciu, on montre que dans ces régimes, on peut stabiliser les solutions en introduisant une dissipation de l'entropie totale de mélange. Dans une première approche dite approche Eulerienne directe, la résolution exacte du problème de Riemann pour le système relaxé permet de définir un schéma entropique extrêmement précis, et qui se révèle bien plus économique en terme de coût CPU (à précision donnée) que le schéma classique très simple de Rusanov. De plus, nous montrons que ce schéma permet de simuler avec robustesse des régimes de disparition de phase. Le schéma est développé en 1D puis étendu en 3D et intégré à un prototype de code industriel développé par EDF. La deuxième approche, dite approche par splitting acoustique, propose une séparation des ondes acoustiques rapides et des ondes de transport lentes. L'objectif est d'éviter la résonance due à l'interaction entre ces deux types d'ondes, et de permettre à long terme un traitement implicite de l'acoustique, et explicite du transport. Le schéma, très simple, permet la prise en compte simple de la disparition de phase. La nouveauté est ici l'exploitation de fermetures dissipatives nouvelles du couple vitesse et pression d'interface, qui permettent le contrôle des solutions du problème de Riemann associé à l'étape acoustique
This thesis deals with the Baer-Nunziato two-phase flow model. The main objective of this work is to propose some techniques to cope with phase vanishing regimes which produce important instabilities in the model and its numerical simulations. Through analysis and simulation methods using Suliciu relaxation approximations, we prove that in these regimes, the solutions can be stabilised by introducing some extra dissipation of the total mixture entropy. In a first approach, called the Eulerian approach, the exact resolution of the relaxation Riemann problem provides an accurate entropy-satisfying numerical scheme, which turns out to be much more efficient in terms of CPU-cost than the classical and very simple Rusanov's scheme. Moreover, the scheme is proved to handle the vanishing phase regimes with great stability. The scheme, first developed in 1D, is then extended in 3D and implemented in an industrial code developed by EDF. The second approach, called the acoustic splitting approach, considers a separation of fast acoustic waves from slow material waves. The objective is to avoid the resonance due to the interaction between these two types of waves, and to allow an implicit treatment of the acoustics, while material waves are explicitly discretized. The resulting scheme is very simple and allows to deal simply with phase vanishing. The originality of this work is to use new dissipative closure laws for the interfacial velocity and pressure, in order to control the solutions of the Riemann problem associated with the acoustic step, in the phase vanishing regimes