Academic literature on the topic 'Résistance à l'avancement (hydrodynamique)'

L'objet de ce travail est de determiner l'ecoulement autour d'un corps se deplacant d'un mouvement rectiligne uniforme dans une eau initialement au repos. Dans un cadre d'ecoulement irrotationnel de fluide parfait, ce probleme est connu sous le nom de probleme de resistance de vagues. Les methodes usuelles de la theorie potentielle en domaine borne mettent en evidence deux situations tres differentes suivant que le corps est immerge sous la surface de l'eau ou perce cette derniere. Dans le premier cas, nous montrons par des techniques variationnelles que le probleme est toujours bien pose sauf peut-etre pour un nombre discret de valeurs de la vitesse du corps eventuellement complexes, appelees resonances. Des calculs numeriques de resistance de vagues illustrent ces resultats. Dans la seconde situation, des questions theoriques et numeriques tres difficiles apparaissent. On s'est essentiellement consacre a la mise au point d'une technique de discretisation originale permettant en theorie d'obtenir des resultats numeriques pour le cas du corps percant la surface de l'eau. Dans la pratique, cette methode ne permet de contourner qu'une partie, certes importante, des difficultes et necessite le recours a une methode spectrale complementaire

The addition of a minute amount of polymer or surfactant additive to a turbulent fluid flow can result in a large reduction in the frictional drag in pipes and channels. Over the past decades, numerous studies have been carried out on drag reducing additives (DRA). DRA have been successfully applied for potential benefits in various industrial processes, including oil well operations, heating and cooling water circuits, marine and biomedical systems. The use of additives to enhance flow in petroleum pipelines has received the greatest attention due to its great commercial success in reducting cost and energy consumption. Although this effect has been known for almost half a century, the detailed mechanism of drag reduction have still not been clearly identified and is still a subject of ongoing controversy. The aim of this thesis is to develop an understanding of the role of drag reducing agents and to explain the nature of drag reduction mechanism. This could have an impact on the design of efficient pumping systems, the design of drag-reducing agent that are more stable over time, and the modeling of mixing processes that could be an important consideration in designing practical systems<br>L'ajout d'une quantité infime d'un polymère ou d'un additif tensioactif à un flux turbulent de fluide peut causer une forte diminution de la friction dans les tuyaux et les canalisations. Ces dix dernières années, de nombreuses études ont été réalisées sur les agents réducteurs de friction (ARF). Les ARF sont utilisés pour leurs effets bénéfiques dans de nombreux procédés industriels, tels que l'extraction de pétrole, le chauffage et le refroidissement de circuits de circulation d'eau ainsi que dans des systèmes marins et biomédicaux. L'utilisation d'additifs pour améliorer l'écoulement dans les canalisations de pétrole a été particulièrement étudiée, en raison de son succès commercial en terme de réductions de couts et de consommation d'énergie. Bien que l'action de ces additifs est connue depuis presque cinquante ans, le mécanisme détaillé de la réduction des frictions n'a pas été clairement identifié et est encore sujet à controverses. Le but de cette étude est d'apporter une explication au rôle de ces agents en matière de réduction des frictions, et d'expliquer la nature ce mécanisme. Les résultats présentés ici peuvent influencer significativement la conception des systèmes de pompes, le développement d'agent réducteurs de friction plus stables ainsi que la modélisation de procédés mixtes qui pourraient devenir une considération majeure dans le design de systèmes réels

Ce travail est consacré à l'étude par simulation numérique directe du comportement d'une bulle ellipsoïdale plongée dans un écoulement linéairement cisaillé. Les équations complètes tridimensionnelles de Navier-Stokes sont pour cela résolues en coordonnées curvilignes orthogonales par une méthode de volumes finis. La bulle a un rapport de forme variant entre 1 et 2.7, tandis que le nombre de Reynolds et le cisaillement adimensionnel basés sur le grand axe de la bulle varient respectivement de 50 à 2000 et de 0 à 1.2. Les résultats numériques montrent que le cisaillement a pour effet d'imposer le plan de symétrie du sillage qui reste invariant quel que soit les paramètres de l'écoulement. L'analyse de la vorticité longitudinale révèle que le sillage s'organise sous forme de deux tubes antisymétriques par rapport au plan de symétrie dont le signe change en fonction de l'importance de deux mécanismes en compétition (mécanisme de Lighthill et mécanisme lié à l'instabilité du sillage). L'étude de la force de portance montre que, quel que soit le rapport de forme de la bulle, le coefficient de portance tend à partir d'un nombre de Reynolds suffisamment grand vers la solution de fluide parfait. La force de portance est alors dirigée dans le même sens que pour une bulle sphérique. Nous avons retrouvé pour des nombres de Reynolds de l'ordre de la centaine l'inversion de la force de portance comme observée expérimentalement. Cette inversion de la portance qui apparaît pour un aplatissement supérieur à 2.225, est directement liée à la vorticité longitudinale dans le sillage qui propulse la bulle dans des directions opposées en fonction de son sens de rotation. Le comportement de la traînée ne révèle pas d'effet significatif induit par la structure du sillage ; le coefficient de traînée varie de manière quadratique avec le cisaillement. Enfin, l'étude du couple montre que le sens de rotation de la bulle s'inverse dans les mêmes conditions d'écoulement que celles conduisant à une inversion du signe de la force de portance indiquant, ainsi la même origine liée à l'organisation de la vorticité longitudinale. En faisant varier l'orientation de la bulle dans l'écoulement, nous avons montré l'existence d'une position d'équilibre stable pour une faible inclinaison du petit axe avec la direction de l'écoulement.

Nous analysons ici les efforts exercés par un écoulement uniforme sur un cylindre à section carrée. Une des motivations principales est d'examiner la façon dont les fluctuations d'efforts se construisent, qu'elles soient de natures incohérente ou cohérente à partir de la dynamique de l'écoulement. Le problème est alors abordé sous deux angles : le calcul numérique par simulation LES (code Trio_U développé par le C. E. A. , Grenoble) et les mesures en soufflerie avec en particulier le développement d'une balance instationnaire. L'étude de l'écoulement par la confrontation permanente des résultats numériques et expérimentaux à permis de valider la simulation LES, d'enrichir la banque de données relative à cet écoulement par l'étude de la PIV-2C. De plus, les fréquences des deux instabilités de la couche cisaillée (instabilité absolue du sillage et instabilité convective de Kelvin-Helmholtz) ont été analysées. Une analyse des grandes échelles de la dynamique des efforts est proposée à partir de la pression pariétale. Le rôle dominant des corrélations spatiales de pression dans les fluctuations des grandeurs globales est mis en évidence. L'influence de la turbulence sur la dynamique des efforts est aussi discutée. Enfin, nous exposons une technique de détection dans le sillage des tourbillons contribuant aux efforts globaux. La traînée et la portance sont exprimées à l'aide de la vitesse de l'écoulement et de ses dérivées. L'évolution temporelle des efforts est ainsi reconstituée. Cette étude ouvre alors des perspectives pour le contrôle actif des écoulements décollés instationnaires par l'identification des régions de l'écoulement jouant un rôle majeur à la production des forces.

Ce travail concerne la prediction de l'ecoulement stationnaire et non symetrique autour d'un navire. Cela consiste a calculer le potentiel des vitesses satisfaisant l'equation de laplace dans le domaine de fluide exterieur au corps et limite par la surface libre. Sur le corps le potentiel des vitesses doit satisfaire la condition de glissement. La methode utilisee se base sur les singularites de kelvin, qui satisfont la condition linearisee de surface libre de kelvin. A partir de la seconde formule de green on obtient une formulation integrale qui exprime le potentiel des vitesses de perturbation en fonction de la distribution de ce potentiel sur le corps, sur la ligne de flottaison et sur le sillage et de la fonction de green du probleme. Cette formulation est completee par une forme non lineaire de la condition de kutta-joukowski au bord de fuite. Une methode efficace d'evaluation et d'integration de cette fonction de green et de son gradient ainsi qu'une methode de resolution numerique du probleme ont ete mises aux point. La methode a ete testee dans le cas d'un ellipsoide immerge, d'une aile en incidence coupant la surface libre ainsi que dans le cas de la carene de wigley et du voilier antiope. Les tests ont demontre que cette methode peut constituer le premier outil d'evaluation des caracteristiques de l'ecoulement stationnaire autour d'un navire, mais pour evaluer avec une bonne precision la resistance de vagues un nombre tres important de facettes pour representer le corps est necessaire

L'utilisation des modèles moyennés à deux fluides pour la simulation d'écoulements diphasiques industriels complexes nécessite le développement de modèles adéquats pour la force de traînée exercée sur les inclusions et le transfert thermique interfacial. Cette tâche devient problématique pour des fractions volumiques élevées de la phase dispersée. La qualité de la simulation dépend fortement des termes de transfert interfacial, en commençant par la force de traînée stationnaire. Par exemple, une modélisation précise de la force de traînée est un point crucial pour simuler l'expansion d'un lit fluidiste dense. La majorité des modèles utilisés pour étudier les termes d'échange entre les particules et le fluide sont basés sur l'interaction entre une particule isolée et le gaz environnant. Ces modèles sont clairement inadaptés aux cas pour lesquels la fraction volumique de particules augmente et les interactions particules-particules deviennent importantes. L'étude de tels cas est complexe du fait des multiples configurations possibles. Alors que l'interaction entre une sphère isolée et un gaz dépend uniquement de la taille de la particule et de la vitesse de glissement entre le gaz et la particule, l'interaction entre un nuage de particules et un gaz dépend de beaucoup plus de paramètres : les distributions de taille et de vitesse des particules, les positions relatives des particules. Même si les positions relatives des particules restent fixes, il existe un nombre infini de combinaisons pour construire un tel réseau.

L'objectif de cette étude est de réaliser des simulations stationnaires et instationnaires d'écoulements à travers des réseaux réguliers de particules fines (monodisperses et bidisperses) afin d'analyser l'influence de la taille et de la distribution des sphères sur la force de traînée et le transfert. Pour commencer, les forces de traînée stationnaire exercée sur les sphères de réseaux cubique faces centrées, cubique et tétragonal sont évaluées. Ceci permet d'analyser l'influence de la distribution des sphères et de la fraction volumique de solide sur le coefficient de traînée. Ensuite, l'influence du nombre de Reynolds et de la fraction volumique de solide sur le transfert thermique entre les sphères d'un réseau cubique faces centrées et le gaz environnant est étudiée. Finalement, les effets d'histoire sur la force totale exercée par le fluide sur les inclusions et sur le transfert thermique entre les inclusions et le fluide environnant sont étudiés.

L'influence des propriétés de surfaces sur un écoulement liquide microscopique au voisinage d'une paroi a été mise en évidence au cours des dernières années. On entend ici par propriétés de surface l'affinité des solides avec les liquides mis en œuvre, caractérisée par l'angle de mouillage formé par une goutte liquide déposée sur la paroi solide. L'usage de surfaces superhydrophobes a permis notamment d'observer un glissement important du liquide sur la paroi solide pour des écoulements de microfluidique. On peut se demander si les propriétés de mouillage ont également une influence dans des situations hydrodynamiques de plus grande échelle, et c'est à cette problématique que l'on tente d'apporter des réponses dans cette thèse.<br>Dans un premier temps, des mesures de forces réalisées sur des solides immergés dans un écoulement montrent que l'application d'un revêtement superhydrophobe ne permet pas d'obtenir la réduction radicale espérée de la traînée hydrodynamique. Par la suite, nous nous intéressons à des situations d'impact solide-liquide, mettant en œuvre des lignes de contact triples : impacts de sphères solides sur une interface liquide-gaz, puis impacts d'un jet liquide sur des impacteurs solides, conduisant à la formation de cloches liquides. Nous mettons en évidence et rationalisons dans ces deux cas le couplage fort qui relie les propriétés des surfaces à l'hydrodynamique macroscopique.