Academic literature on the topic 'Ecoulement en canal courbe'

Dans le cadre de la mise en oeuvre du diagnostic permanent (arrêté du 21 juillet 2015 relatif aux systèmes d’assainissement), la communauté d’agglomération Limoges Métropole réalise des études de diagnostic et de faisabilité de l’instrumentation d’une trentaine de points de son réseau de collecte et de transport des eaux usées. Parmi les déversoirs d’orage à l’étude, le by-pass de l’usine de prétraitement des Casseaux est déjà instrumenté par un dispositif de mesure de débit de type hauteur/vitesse. Le canal de by-pass peut être alimenté par une surverse haute située en entrée d’usine, ou par un long déversoir courbe situé à l’aval de l’usine dans un bassin de stockage de 8500 m3 environ. L’analyse des données de mesures actuelles a notamment permis de déterminer les gammes de débits déversés et de constater que le by-pass peut être alimenté par les deux déversoirs de manière indépendante ou simultanée : cette complexité hydraulique rend nécessaire le recours à de la modélisation 3D. En effet, dans ce cas, l’objet d’une telle modélisation est de vérifier si l’écoulement dans la section de mesure existante est suffisamment homogène pour permettre une mesure fiable du débit dans les différentes configurations de fonctionnement possibles et, le cas échéant, d’adapter la méthode de mesure ou d’en proposer une nouvelle. Les premiers résultats de modélisation 3D ont mis en évidence la difficulté de mesure de la vitesse dans le canal de by-pass, compte tenu des perturbations de l’écoulement lorsque le déversoir du bassin est sollicité. Une solution envisagée pourrait être la définition, par modélisation 3D, d’une loi hauteur/débit propre à chaque déversoir afin de s’affranchir des conditions non propices à la mesure de la vitesse dans le canal de by-pass.

En considérant les économies de la région MENA, l’objet de cette recherche est d’étudier le rôle de l’endettement extérieur dans le financement du développement. Il s’agit en particulier d’étudier la relation entre la dette extérieure et la croissance économique. En fait, les changements politico-économiques que connaît le Sud de la Méditerranée combinésaux urgences dictées par la crise de la dette souveraine en Europe fait qu'il est pertinent de s'interroger sur la réponse à apporter aux défis économiques que doit relever la région MENA dans son ensemble. Au premier rang de ces défis figure la problématique de l’endettement extérieur et son rôle dans le financement de développement économique. L’étude s’est inspirée du modèle de Patillo et al. (2002) et elle utilise la technique de panel. Ainsi et en combinant des ratios d’endettement et les principaux déterminants de la croissance économique, nous avons vérifié l’existe d’un seuil optimal au-delà duquel l’endettement extérieur ralentit la croissance économique (l’existence d’une courbe de Laffer de la dette). Pour la région MENA, la dette extérieure en soit n'est pas un frein au développement lorsqu’elle est contenue dans des limites raisonnables ; au contraire, elle peut aider ces pays à consolider leur croissance. Par ailleurs, uneaugmentation du service de la dette a un impact négatif sur la croissance économique et le canal de transmission de cet impact passe par la qualité de l’investissement et par le fardeau de la dette. Les résultats obtenus montrent égalementqu’il existe une relation non linéaire entre la dette et la croissance, c’est-à-dire qu’il y a un seuil critique qui rendrait la croissance négative. Ce seuil, qui correspond à l’impact marginal de la dette sur la croissance s’établit à un niveau de 60% du PIB.

Une paroi compliante est une paroi suffisamment flexible pour se déformer sous l'action des efforts exercés par un écoulement. Il est maintenant avéré que, en présence d'une paroi compliante, la stabilité d'un écoulement peut être considérablement modifiée par rapport au cas où la paroi est rigide. En particulier, la déstabilisation des ondes de Tollmien-Schlichting peut être retardée. Cette étude traite de la stabilité linéaire de deux configurations d'écoulements en présence de parois courbes compliantes : l'écoulement dans un canal courbe et l'écoulement de Taylor-Couette. Ces deux écoulements sont soumis à un mécanisme d'instabilité centrifuge entraînant l'apparition de paires de tourbillons contrarotatifs. Les parois compliantes sont modélisées comme des coques flexibles reliées à une base rigide par un ensemble de ressorts et d'amortisseurs en adaptant un modèle classiquement utilisé pour des parois planes. En complément de l'étude de stabilité linéaire à travers la résolution numérique d'un problème aux valeurs propres, une analyse asymptotique de la stabilité de l'écoulement en canal courbe est menée dans la limite des perturbations transverses de grande longueur d'onde. Les résultats montrent que seules des parois très flexibles ont une influence sur la stabilité des tourbillons. Cette influence est déstabilisante et joue essentiellement sur les perturbations de grande longueur d'onde. La flexibilité des parois autorise le développement de quatre modes hydroélastiques dont l'instabilité peut précéder l'apparition de l'instabilité centrifuge. De plus, des échanges entre les modes hydroélastiques et centrifuges stables sont observés
A compliant wall is a wall that is flexible enough to be deformed by the stress created by a flow. It is now proven that the stability of a flow over a compliant wall can be considerably modified compared with the rigid-wall case. In particular, the destabilization of Tollmien-Schlichting waves, responsible for the transition to turbulence when the flow is only weakly perturbed, can be delayed. In this study, the linear stability of two flow configurations containing curved compliant walls, a curved channel flow and a Taylor-Couette flow, has been investigated. Both flows are exposed to a centrifugal instability mechanism which promotes the apparition of contra-rotative vortices. At the moment there are very few studies concerning the influence of compliant walls on the centrifugal instabilité mechanisms. The compliant walls are modelled as thin cylindrical shells supported by a rigid outer frame through arrays of springs and dampers; this is often referred to as Kramer-type coating. In addition to the numéral resolution of an eigenvalue problem, an asymptotical study of the flow stability in the curved channel has been performed for the case of large-wavelength transverse perturbations. Results show that only very flexible walls have an influence on the flow stability, mainly by destabilizing the large-wavelength perturbations. The generation of four hydroelastic modes is allowed by wall compliance where these instabilities can precede the centrifugal one. Additionally, exchanges between stable hydroelastic and centrifugal modes have been observed

Ce travail fournit des resultats sur les ecoulements gravitaires a surface libre en regime laminaire des fluides visqueux ou viscoplastiques. Il est base a la fois sur l'hydraulique classique et sur le comportement viscoplastique des materiaux consideres. Des fluides modeles d'aspect proche des materiaux bruts ont ete selectionnes, puis soigneusement prepares, et caracterises ensuite. D'autre part, sur deux plate-formes nous avons etudie l'ecoulement uniforme, l'ecoulement graduellement varie et le probleme de rupture de barrage. En ecoulement uniforme, notre etude reprend la similitude entre cet ecoulement et l'ecoulement dans les conduites en regime etabli. L'idee de separer les effets visqueux des effets plastiques a permis de representer d'une maniere rationnelle les solutions analytiques de la litterature et aussi d'evaluer : le coefficient de perte de charge dans une section de forme quelconque, et le profil de vitesse dans le plan de symetrie d'une section rectangulaire. Les resultats theoriques sont comparables a ceux des experiences effectuees. En ecoulement graduellement varie, il n'est pas possible en general de se contenter d'une simple extension de l'hydraulique classique. Nous montrons le role du nombre de froude dans le coefficient de perte de charge, et nous confirmons l'interet d'une analyse recente ou la specificite du comportement plastique est bien prise en compte. Dans le probleme de rupture de barrage, les approches theoriques tenant compte de l'inertie, des dissipations visqueuses, de la pente du canal et de la plasticite, sont etablies, comparees et confirmees. En outre, dans les canaux lisses, le phenomene de glissement a ete identifie, et modelise ensuite sur des fluides viscoplastiques.

Ce travail à pour sujet la problématique de la modélisation de la couche limite dans le cadre d'écoulements incompressibles. Cela nécessite de prendre en compte l'interaction forte entre la couche limite et le reste de l'écoulement, qui mène au couplage fort de ces deux modèles. Avec les méthodes classiques d'analyse asymptotique des problèmes de perturbation singulière, telle que la Méthode des Développements Asymptotiques Raccordés (MDAR), de tels modèles peuvent être construits. La forme et mise en oeuvre complexes de ces modèles, le cadre restreint pour lequel ils peuvent s'appliquer, et la difficulté d'exprimer l'approximation globale en assemblant les solutions locales, sont autant d'inconvénients que l'on souhaite dépasser. C'est pour cela qu'une autre méthode d'analyse asymptotique est ici utilisée, la Méthode des Approximations Successives Complémentaires (MASC), qui permet de s'affranchir de ces inconvénients. Elle met en avant l'existence d'une approximation globale du problème, d'où en découle la méthode qui permet de la construire. L'emploi de développements asymptotiques généralisés, contrairement à la MDAR qui est basée sur des développements réguliers, donne aux modèles obtenus une portée plus générale et une forme plus simple. Grâce à la MASC, selon la situation physique, deux types de modèles peuvent être obtenus. Les premiers sont similaires dans leur résolution à ceux obtenus classiquement. Cela consiste à résoudre un système d'équations parabolique couplé à un système elliptique. Le second type de modèle est complètement elliptique, et conduit à l'approche Navier-Stokes Réduit (NSR). Du fait du traitement implicite de l'ellipticité propre à ce type de modèle, on peut espérer avoir la possibilité d'étudier des écoulements décollés présentant des interactions amont plus importantes. Notamment, dans le cadre de l'écoulement en canal bi-dimensionnel, le modèle obtenu est exactement celui de NSR. Aucune justification basée sur une analyse asymptotique ne permettait jusqu'alors d'assurer la validité d'une telle approche. .
This work deals with the problems of incompressible boundary layer modeling. The strong interaction between the boundary layer and external flow is to be accounted for, which leads to the coupling of these two models. Such models can be obtained with the classical methods of singular perturbation asymptotic analysis, such as the Method of Matched Asymptotic Expansions (MMAE). The complex shape and implementation of these models, the restricted cases for which they apply, and the difficulty to obtain global approximations from local ones, are many of the drawbacks we wish to transcend. This is the reason why a new asymptotic method is used, the Successive Complementary Expansions Method (SCEM), which avoids these limitations. The SCEM is based on the assumption of the structure of a global approximation, and then infers a method of constructing this approximation. The use of generalized asymptotic expansions, contrary to the MMAE which is based on regular expansions, leads to more general and simpler models. Thanks to the SCEM, according to the physical situation, two types of models can be obtained. .

Deux stratégies de contrôle ont été successivement mises en œuvre pour réduire la traînée et l’énergie cinétique turbulente d’un canal plan en régime turbulent (Re[tau]=180) par soufflage/aspiration aux parois. L’objectif principal était de prouver qu’une simulation aux grandes échelles (LES) pouvait être utilisée de manière pertinente comme modèle réduit des équations de Navier-Stokes et ainsi diminuer fortement les coûts numériques. Une approche heuristique dite de contrôle par opposition a d’abord été employée. Les résultats montrent que l'efficacité énergétique est maximale pour une position du plan de détection différente de celle qui correspond au maximum de réduction de traînée. Par ailleurs, nos résultats confirment que la réduction de traînée diminue avec l'augmentation du nombre de Reynolds. Par la suite, une procédure de contrôle optimal a été utilisée en considérant différentes fonctionnelles objectif (traînée, énergie cinétique au temps terminal, énergie cinétique moyen). Pour Re[tau]=100, le contrôle est parvenu à relaminariser complètement l’écoulement (réduction de traînée de l'ordre de 50 %) en prenant comme fonctionnelle coût l’énergie cinétique au temps terminal. Pour cette même fonctionnelle coût, une réduction importante de traînée de l'ordre de 55 % est encore obtenue à Re[tau] =180 mais sans atteindre la relaminarisation. Nos résultats confirment que pour minimiser la traînée de l’écoulement, il est plus efficace de considérer comme objectif l’énergie cinétique que directement la traînée. Enfin, il est essentiel pour la convergence de la minimisation que le système optimal soit résolu sur un horizon temporel suffisamment long
Two control strategies were successively implemented to reduce the drag and the turbulent kinetic energy of a plane channel flow in turbulent regime (Re[tau]=180). Wall transpiration (unsteady blowing/suction) with zero net mass flux is used as the control. The main objective was to prove that a large eddy simulation (LES) could be relevant as a reduced-order model of the Navier-Stokes equations and thus strongly reduce the numerical costs. A heuristic approach known as opposition control was initially employed. The results show that the energetic efficiency is maximum for a position of the detection plane different from that which corresponds to the maximum of drag reduction. In addition, our results confirm that the drag reduction decreases with the increase of the Reynolds number. Then, an optimal control procedure was used by considering different cost functional (drag, terminal turbulent kinetic energy, mean turbulent kinetic energy). At Re[tau] =100, control managed to fully relaminarize the flow (drag reduction of about 50%) by considering as cost functional the terminal kinetic energy. For this same cost functional, an important drag reduction of about 55% is still obtained at Re[tau] =180 but without reaching the relaminarization. Our results show that to minimize the flow drag, it is more effective to consider the kinetic energy as cost functional than directly the drag. Lastly, it is essential for the convergence of the minimization that the optimality system is solved on a sufficiently long time horizon

Dans le contexte actuel de raréfaction de l'eau, une meilleure efficacité de l'utilisation de l'eau est essentielle pour maintenir une croissance économique durable. En France, en période ordinaire, 48% d'eau est utilisé pour l'irrigation. Ce pourcentage augmente jusqu'à 79% en période d'été. Cela souligne la nécessité d'utiliser des méthodes d'irrigation performantes. La micro-irrigation offre la meilleure efficience, cependant, son utilisation n'est pas très répandue. Dans le monde, ce système ne couvre que 3% des terres irriguées et 5% en France, du fait de la sensibilité de ce système au colmatage, ce qui augmente le coût de son installation et de sa maintenance. Ce colmatage est fortement lié aux faibles sections de passage du distributeur de micro-irrigation. En effet, un labyrinthe constitué de chicanes est généralement inséré dans les distributeurs. Les chicanes existantes, qui jouent un rôle important pour générer des pertes de pression et assurent la régulation du débit sur le réseau d'irrigation, produisent des zones de recirculation où la vitesse est faible voire nulle. Ces zones de recirculation favorisent le dépôt de particules ou autre développement biochimique provoquant le colmatage du goutteur. La caractérisation de la topologie de l'écoulement dans le labyrinthe du goutteur doit être décrite pour analyser la sensibilité du goutteur au colmatage qui réduit considérablement ses performances.Des expériences utilisant la micro-PIV et un ensemencement avec des particules de 1 µm sont menées sur dix motifs répétitifs pour analyser les régions qui peuvent être sensibles au colmatage. Un goutteur fonctionne avec un débit faible, et la section transversale du labyrinthe est d'environ 1mm2. Le nombre de Reynolds varie de 400 à 800. Ainsi, cette étude expérimentale permet d'analyser le régime d'écoulement et son influence. Un algorithme de traitement est développé pour obtenir la moyenne et les fluctuations des vitesses. Une attention particulière est apportée à la validation de la technique micro-PIV et aux courbes débit-pression qui quantifient la performance globale du goutteur. Plusieurs modèles de turbulence, implémentés dans ANSYS/Fluent, sont utilisés pour modéliser l'écoulement au sein du labyrinthe. Les résultats des expériences de micro-PIV et des modélisations sont comparés afin de valider le modèle numérique. Puis, des méthodes avancées d’analyses tourbillonnaires ont été utilisées pour détecter précisément la vorticité et les zones de recirculations. L'objectif global de ce manuscrit est d'identifier le meilleur modèle qui permettra ensuite de prédire et analyser les zones sensibles au colmatage afin de les réduire grâce à l'optimisation de géométrie
In the present context of increasing water scarcity, a better water use efficiency is essential to maintain a sustainable economical growth. Moreover, water use efficiency covers also important environmental and social issues. Micro-irrigation system has the best water efficiency, nevertheless, its use is not much widespread. In the world, this system covers only 3 % of land irrigated against 4% in France, as this system is sensitive to clogging, which increases the installation cost.The baffle-fitted labyrinth-channel is largely used in micro-irrigation systems. The existing baffles, which play an important role for generating pressure losses and ensure the flow regulation on the irrigation network, produce vorticities where the velocity is low or zero. These vorticities favor the deposition of particles or other biochemical development causing emitter clogging. Flow topology characterization in the labyrinth-channel of emitter must be described to analyze emitter clogging sensibility which drastically reduces its performance.Micro-PIV experiments, using 1µm particles, are conducted on ten-pattern repeating baffles to characterize the labyrinth-channel flow and to analyze regions which can be sensitive to clogging. An emitter works with a weak flow rate, and the labyrinth-channel cross-section is about 1 mm2 Reynolds number varies from 400 to 800. So, this experimental investigation allows analyzing the flow regime and its influence. A treatment algorithm is developed to get the mean and fluctuating velocities. Advanced swirl analysis method is adapted to precisely detect the vorticity. Particular attention is focused on the technique acquisition and on pressure losses curves accuracy in the labyrinth-channel flow since this curve represents the emitter global performance.Several turbulent models, implemented in ANSYS/Fluent, are used to perform modelling of the labyrinth-channel geometry. The micro-PIV and modeling results comparisons are presented in order to validate numerical model. The global objective of this manuscript is to identify the best model which allows to predict and analyze the sensitive areas in order to reduce them thanks to geometry optimization

Etude de l'influence d'une rotation d'entrainement des parois sur la circulation secondaire d'un fluide avec ou sans transfert de chaleur. On presente un modele stationnaire qui permet des positions et orientations variables de l'axe de rotation

Le contrôle de la turbulence trouve son intérêt dans de nombreux domaines tels que les transports et l’environnement, avec pour objectif la réduction ou l’augmentation du frottement et des phénomènes de transfert. Les techniques mettant en œuvre des jets synthétiques pour contrôler la couche limite sont parmi les plus utilisées. Dans cette étude, les effets d’un soufflage localisé à travers une bande poreuse sur un écoulement turbulent pleinement établi dans un canal bidimensionnel ont été étudiés. Les mesures ont été réalisées pour trois taux de soufflage : 3%, 5% et 8% de la vitesse maximale. Les résultats de cette étude montrent que le soufflage affecte de manière significative les structures turbulentes de la région allant de la paroi jusqu’à la zone tampon. Les profils de vitesse obtenus à l’aide de l’anémométrie à fil chaud présentent des caractéristiques voisines d’un écoulement avec une réduction de frottement pariétal. L’injection accroît fortement toutes les tensions de Reynolds. Les corrélations spatio-temporelles entre la vitesse et le frottement pariétal obtenues respectivement par fils et films chaud, montrent que le soufflage accroît l’angle d’inclinaison des structures cohérentes dans les plans (x,y) et (x,z). Ces résultats ont été confirmés et précisés par la PIV. L’analyse conditionnelle sur les signaux anémométriques montre que le soufflage a pour effet de réduire le temps moyen entre "burst". Tous ces résultats montrent que l’injection à travers la bande poreuse a pour effet de détruire les grosses structures cohérentes dans la zone de proche paroi et permettent ainsi de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes de la turbulence
The control of turbulence and its concomitant phenomena are important for transport and environmental problems with aim to reduce or increase the skin friction and transfer phenomena. Various techniques can be achieved to perform the control of the boundary layer, the synthetic jet is one of the most popular. In this study, the effects of blowing through a porous strip in a turbulent channel flow were experimentally studied. Measurements were carried out for three blowing rates 3%, 5% and 8% of the velocity at the center of the channel. The results of the present study showed that blowing affects significantly the turbulent structures in the near wall region. Velocity profiles obtained with hot-wire anemometry show similar trends to those of a flow with a reduced skin friction. The wall blowing increases the turbulence intensities and the Reynolds shear stress. The analysis of the anisotropic invariant map indicated that with blowing, the anisotropy level in the near wall region appears to be lower than that of the unperturbed layer. Space-time correlations performed with hot-wire and hot-film show that the inclination angles in (x,y) and (x,z) planes increase with injection. These trends were confirmed by the PIV visualisations. The conditional analysis showed that the mean time between "bursts" is reduced with blowing. The results of the study suggest that blowing stimulates the break-up of the large structures in the near wall region and lead to a better acknowledgement of the turbulence mechanisms

Cette thèse est consacrée à la simulation des écoulements de paroi turbulents. L'approche numérique utilisée consiste à calculer directement les champs aérodynamiques et acoustiques de l'écoulement par simulation des grandes échelles (LES), à l'aide de schémas numériques peu dissipatifs et peu dispersifs. Cette approche repose généralement sur une intégration temporelle explicite qui se révèle fortement pénalisante dans le cas des écoulements de paroi, où le raffinement du maillage entraîne une forte diminution du pas de temps. Pour répondre à cette problématique, deux méthodes d'intégration temporelle semi-implicites d'ordre 4 à 6 étapes sont développées. Ces méthodes consistent à intégrer de manière implicite les termes contenant des dérivées spatiales normales à la paroi, et de manière explicite les autres termes, ce qui permet de relâcher la contrainte sur le pas de temps. Une analyse dans l'espace de Fourier et des cas test de propagation acoustique montrent que les méthodes développées ont une précision au moins égale à celle du schéma de Runge-Kutta standard d'ordre 4. Une technique de partitionnement semi-implicite/explicite du maillage est ensuite mise en œuvre afin de réduire le coût numérique. A l'aide de cette technique, les schémas semi-implicites permettent de réduire le temps CPU des simulations par rapport à des calculs s'appuyant uniquement sur un schéma explicite. Des LES de canal plan turbulent sont ensuite mises en œuvre pour un nombre de Mach de 0.5 et des nombres de Reynolds de friction de 350, 600 et 960, et pour un nombre de Mach de 0.1 et un nombre de Reynolds de 350. Les caractéristiques aérodynamiques de l'écoulement sont comparées avec succès à des simulations numériques directes de la littérature. Les résultats des simulations permettent ensuite d'analyser les effets du nombre de Reynolds sur les profils de vitesse moyenne et fluctuante, sur les spectres de pression pariétale, et sur les structures de la zone interne de la couche limite. Les dimensions de ces structures, estimées à l'aide des spectres de vitesse longitudinale, se révèlent peu dépendantes du nombre de Reynolds. Enfin, pour le calcul à nombre de Mach de 0.1, des composantes acoustiques sont détectées dans le spectre de pression pariétale. Ces composantes représentent l'empreinte du rayonnement acoustique de la couche limite, calculé directement par la simulation.

Description de l'autovaporisation d'un liquide en ecoulement par detente dans un canal. L'etude est basee sur des resultats experimentaux obtenus par diffusion de brillouin, anemometrie doppler, diffusion de lumiere dans la direction avant et la technique des cavites hyperfrequences

Cette thèse présente une étude expérimentale visant à caractériser les propriétés hydrauliquesd'écoulements à surface libre de fluides complexes: fluides viscoplastiques et mélangesfluides viscoplastiques-grains. Ce travail est motivé par la nécessité d'améliorer lesconnaissances sur les propriétés des écoulements de laves torrentielles, dans un contexte deprotection contre les risques naturels en montagne. Nous avons développé un dispositif delaboratoire original, un canal à fond mobile, permettant de générer des coulées gravitaires quisont globalement stationnaires dans le référentiel du laboratoire. Les coulées présentent unfront très raide, suivi à l'amont d'une zone d'épaisseur uniforme. Les fluides viscoplastiquesutilisés (carbopol et kaolin) ont été choisis de manière à modéliser la matrice des couléesboueuses naturelles en prenant en compte les critères de similitude adaptés. Ces fluidessuivent une loi de comportement de Herschel-Bulkley, et leurs propriétés rhéologiques ont étédéterminées au moyen d'un rhéomètre de laboratoire en accordant un soin particulier àl'établissement des incertitudes associées. Nous présentons des mesures précises de l'évolutionde l'épaisseur des coulées dans la zone uniforme en fonction de la vitesse du fond du canal etde la pente. Ces résultats sont comparés à des prédictions théoriques correspondant à unécoulement permanent et uniforme d'un fluide de Herschel-Bulkley, et nous montrons quel'accord est satisfaisant moyennant les incertitudes sur les mesures rhéologiques. Nous avonségalement analysé la forme du front des coulées et, là-aussi, l'accord avec des modèleshydrauliques (modèles de type Saint-Venant) est bon. Ces deux études permettent de validerles prédictions hydrauliques obtenues à partir de lois de comportement mesurées aurhéomètre. Enfin, dans une dernière partie, nous présentons une étude préliminaire de ladynamique de particules rigides isolées placées au sein de la coulée, en nous intéressant auxvitesses longitudinales et aux vitesses de chute pour différentes tailles et différentes densitésde particules.