Academic literature on the topic 'Tourbillons de Dean'

Ce travail porte sur des fibres creuses hélicoïdales, où l'écoulement de Dean apparaît, ce qui permet d'augmenter la contrainte de cisaillement à la paroi. A l'échelle laboratoire l'utilisation de membranes hélicoïdales tressées permet d'améliorer le flux limite. La simulation numérique a permis de caractériser l'écoulement en déterminant l'influence de la vitesse, de la géométrie et des proportions perméées. Il apparaît que la contrainte de cisaillement à la paroi varie le long du périmètre d'une section, alors que les quantités perméées restent constantes. Il est montré que la meilleure configuration est celle à deux fibres par tresse choisie pour nos expérimentations. Des modules de taille industrielle ont été fabriqués et testés. Un pilote automatisé est utilisé pour réaliser des essais de filtration à grande échelle, dans des conditions maîtrisées, puis lors de deux campagnes sur site (une eau souterraine puis une eau de surface). Les modules n'ont montré aucun vieillissement prématuré, mais l'influence de l'hydrodynamique est moins importante que lors d'essais réalisés en conditions limites
This work concerns fouling reduction by means of helical hollow fibres in which Dean flow appears. The wall shear stress is stronger than in a straight fibre. It was already shown that the use of helical membranes increases limiting flux. The most advantageous configuration is a lengthened helix resulting of woven fibres. Such a geometry was never studied before. The computational fluid dynamics allowed to characterize the flow in woven hollow fibres through the influence of velocity, geometric parameters and permeated flux. When pure solvent is considered, the wall shear stress is found varying along the perimeter of a section, whereas the filtration rate remains constant. The best configuration for woven fibres is that with two fibres per strand and was chosen for experimental campaigns. Various modules of industrial size were manufactured and tested. An automated pilot was used in order to carry out tests at large scale filtration, initially under controlled conditions, then on two in-situ campaigns. The modules have not shown any premature ageing, though influence of hydrodynamics seems less important than that obtained under limiting conditions

L'influence d'un ecoulement de dean sur le transfert de matiere dans quelques operations de separation par membranes a ete etudiee de facon experimentale. Dans une geometrie tubulaire coudee, des ecoulements secondaires perpendiculaires a l'ecoulement principal apparaissent. L'effet global est la formation de vortex, appeles vortex de dean. L'utilisation d'un plan de lumiere laser, a permis de visualiser en fonction du regime d'ecoulement, les vortex qui peuvent exister dans une conduite de geometrie helicoidale. Par voie electrochimique, on montre que les vortex de dean augmentent la contrainte de cisaillement a la paroi et qu'il existe une plage de nombre de reynolds ou l'effet des vortex est optimal. L'influence des ecoulements secondaires sur le transfert de matiere est tout d'abord etudiee dans le cas des contacteurs gaz-liquide a membranes: oxygenation de l'eau et pervaporation. Les ecoulements secondaires permettent de diminuer la polarisation de concentration et de multiplier le coefficient de transfert de matiere par un facteur pouvant atteindre 4. Une seconde serie d'essais concerne l'ultrafiltration de colloides et de macro-molecules. Dans une fibre creuse helicoidale, la presence de vortex de dean permet de doubler les valeurs de flux limite pour une meme depense energetique. De meme, la valeur du flux critique de non-depot est tres largement augmentee

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

La résolution analytique du problème de la stabilité d'une suspension solide (particules rigides de forme sphérique) dans le système de Taylor-Couette cylindrique a été menée. On s'est basé sur les travaux de Ali and Lueptow (2002) pour formuler les équations régissant la stabilité de l'écoulement dans le cadre d'une théorie linéaire. Ces équations sont valables dans l'approximation du faible espace annulaire et ont pour but la prévision de l'instabilité primaire. A cet effet, nous avons utilisé une méthode variationnelle telle que la méthode de Galerkin pour résoudre le problème aux valeurs propres conduisant à établir le diagramme de stabilité liée au nombre d'onde au voisinage de l'état critique du développement de la première instabilité. Tout d'abord, on a cherché à mettre au point les calculs dans le cas de l'écoulement de Taylor-Couette classique en se référant aux travaux de Ali and Lueptow (2002). Ensuite on a procédé à la résolution systématique des équations du mouvement et l'on cherche à déterminer le critère d'apparition des instabilités en présence de particules en suspension et l'on détermine simultanément les paramètres de couplage entre forces d'interaction liquide-solide. L'ensemble des travaux ainsi réalisés permettront de lever la contradiction fondamentale entre la théorie et l'expérience. L'étude expérimentale a permis d'analyser les effets de la concentration des particules en suspension (disques) et du rapport d'aspect radial ' sur l'apparition des instabilités dans le système de Taylor-Dean. Le dispositif expérimental utilisé est constitué d'un cylindre intérieur tournant et le cylindre extérieur est maintenu fixe. Le comportement rhéologique du fluide utilisé est viscoplastique obéissant au modèle de Herschel Bulkley. L'apparition des instabilités est examinée en utilisant une technique de visualisation. Pour une concentration donnée dans l'intervalle étudié, la nature des structures apparaissant dans le système d'écoulement dépend ', alors que pour une valeur donnée de ' dans l'intervalle étudié, la valeur du nombre de Taylor critique Tac dépend de la concentration des particules. Nous avons obtenu que le nombre de Taylor critique Tac correspondant au déclenchement de la première instabilité évolue non linéairement en fonction de '. De plus, nous avons examiné expérimentalement les effets de limitation axiale (effet de bords) sur le déclenchement des instabilités dans le système de Taylor-Dean. Les résultats obtenus montrent que les bords tournants n'affectent pas le type de structures qui apparaissent dans le système d'écoulement de Taylor-Dean. Cependant, ils influencent le seuil critique d'apparition des instabilités qui est marquée par des valeurs élevées du nombre de Taylor critique pour des bords tournants ce qui indique un effet stabilisant des bords mobiles.

Dans le but d'améliorer les performances de la filtration membranaire par des moyens hydrodynamiques, notre travail était d'explorer l'apport à la filtration de tourbillons de Dean générés par la courbure de l'écoulement dans des modules de filtration spécialement construits à cet effet. Nous avons effectué des essais sur trois modules de géométrie différente en testant la superposition de pulsations de débit qui provoquent une inversion du sens de rotation des tourbillons de Dean, Le besoin de mieux connaître et vérifier les profils de vitesse et les taux de cisaillement générés par ces écoulements complexes et tridimensionnels présents dans nos modules nous a amenés à expérimenter une nouvelle technique de vélocimétrie basée sur l'imagerie par résonance magnétique ( IRM). Les techniques de filtration que nous avons utilisées étant par leur complexité plus adaptées à la séparation de molécules à haute valeur ajoutée nous avons choisi comme exemple d'application l'extraction d'une enzyme, lagarase à partir d'un moût de fermentation. Toutefois, du fait des faibles volumes de moûts disponibles nous avons été amenés à effectuer les essais comparatifs sur les divers modules avec des suspensions de levures de bière considérées comme fluide modèle d'une suspension bactérienne.

La zone morte, région laminaire confinée au coeur des disques protoplanétaires dont la turbulence de l'écoulement à petite échelle explique l'accrétion de matière sur l'étoile en formation, semble être un lieu propice à la formation planétaire. En effet, au bord interne de la zone morte la différence d'accrétion entraîne le développement d'une sur-densité capable de piéger les grains de poussière qui dérivent vers l'étoile. L'écoulement à cet endroit est de plus potentiellement instable. Le cas échéant, il s'organise en structures tourbillonnaires appelées ''vortex'' qui collectent efficacement la poussière. La position du bord interne est toutefois très incertaine et dépend en particulier de la thermodynamique du modèle de disque considéré. Récemment, le déplacement du bord interne a été envisagé pour expliquer la variabilité de l'accrétion des étoiles jeunes. Cette thèse aborde le problème posé par l'influence de la thermodynamique sur la dynamique du bord interne de la zone morte. Des simulations MHD qui incluent le couplage entre les processus thermodynamiques avec la dynamique de l'écoulement ont tout d'abord permis de confirmer le comportement dynamique du bord interne ainsi que de réaliser la mesure inédite de sa vitesse typique de déplacement. La comparaison de ces résultats avec les prédictions données par un modèle de champ moyen a révélé le rôle du transport d'énergie par des ondes excitées au bord interne de la zone morte. Ces simulations présentent de plus un phénomène nouveau: les vortex formés à l'interface suivent un cycle de formation-migration-destruction. Cette découverte est susceptible de modifier notre vision du scénario de formation planétaire. En résumé, cette thèse met en évidence le fait que les processus thermodynamiques sont au coeur du fonctionnement de la région du bord interne de la zone morte dans les disques protoplanétaires
The dead zone, a quiescent region enclosed in the turbulent flow of a protoplanetary disk, seems to be a promising site for planet formation. Indeed, the development of a density maximum at the dead zone inner edge, that has the property to trap the infalling dust, is a natural outcome of the accretion mismatch at this interface. Moreover, the flow here may be unstable and organize itself into vortical structures that efficiently collect dust grains. The inner edge location is however loosely constrained. In particular, it depends on the thermodynamical prescriptions of the disk model that is considered. It has been recently proposed that the inner edge is not static and that the variations of young stars accretion luminosity are the signature of this interface displacements. This thesis address the question of the impact of the gas thermodynamics onto its dynamics around the dead zone inner edge. MHD simulations including the complex interplay between thermodynamical processes and the dynamics confirmed the dynamical behaviour of the inner edge. A first measure of the interface velocity has been realised. This result has been compared to the predictions of a mean field model. It revealed the crucial role of the energy transport by density waves excited at the interface. These simulations also exhibit a new intriguing phenomenon: vortices forming at the interface follow a cycle of formation-migration-destruction. This vortex cycle may compromise the formation of planetesimals at the inner edge. This thesis claims that thermodynamical processes are at the heart of how the region around the dead zone inner edge in protoplanetary disks works