Tesi: "Mécaniques des fluides expérimentales"

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Faure, Thierry. "Méthodes expérimentales instationnaires et leurs applications en mécanique des fluides". Habilitation à diriger des recherches, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00911074.

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Abstract (sommario):

Cette synthèse porte sur plusieurs thématiques de mécanique des fluides et s'articule autour d'une approche par des méthodes expérimentales instationnaires. Les domaines successivement abordés sont la turbulence, l'aérodynamique compressible, les machines tournantes, l'hydrodynamique et les instabilités, tandis que les techniques expérimentales mises en œuvre comprennent les sondes directionnelles de pression, l'anémométrie fil/film chaud, la vélocimétrie laser Doppler, la visualisation par injection de traceur et la vélocimétrie par images de particules. Dans la plupart des cas, on développe des techniques multi-composantes, afin d'obtenir les trois composantes du champ de vitesse. Lorsqu'un phénomène périodique est présent dans l'écoulement, des traitements par moyennes de phase permettent de reconstruire, à partir d'un maillage de mesures ponctuelles, une information globale dans un plan ou dans un volume, et son évolution temporelle moyenne. Il est aussi possible de reconstituer une dynamique en fonction du temps à partir d'une mesure dans un plan, non résolue en temps, synchronisée avec une mesure ponctuelle, résolue en temps. L'ensemble des configurations étudiées par ces méthodes expérimentales constitue des bases de données, utiles notamment pour une comparaison avec des résultats de simulations numériques.

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Magaud, Fabien. "Contributions expérimentales à l'étude d'écoulements à bulles de type contacteurs gaz-liquide". Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1999. http://www.theses.fr/1999INPL109N.

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Abstract (sommario):

Ce travail est consacré à l'étude expérimentale des écoulements à bulles de type contacteur gaz-liquide. Nous avons réalisé un tel écoulement dans une conduite rectangulaire verticale, à faibles vitesses liquides (U1= 1Ocm/s) et importants taux de vide ( [alpha] [supérieur ou égal à] 10% ). Dans un premier temps, nous avons qualifié l'écoulement monophasique en utilisant la vélocimétrie à ultrasons et la vélocimétrie à images et particules. En écoulement diphasique, nous avons obtenu le taux de vide, la taille des bulles et la vitesse des bulles par mesures de sonde optique double. Nous avons aussi mesuré les vitesses de la phase liquide par vélocimétrie à film chaud. Les résultats se comparent relativement bien à ceux de la littérature. Dans un second temps, nous avons étudié le frottement pariétal en écoulement à bulles. Par méthode polarographique, nous avons obtenu des mesures de frottement moyen et fluctuant, des mesures d'échelle de frottement moyen et fluctuant, des mesures d'échelle intégrale de longueur, des mesures des temps de cohérence spatio-temporelle et des mesures de vitesse de convection. Ces données nous ont permis d'estimer quelques caractéristiques intéressantes en turbulence de paroi, telles que la validité de la loi logarithmique, l'énergie cinétique turbulente ou la dissipation turbulente.

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Augier, Benoit. "Etudes expérimentales de l'interaction fluide structure sur surface souple: application aux voiles de bateaux". Phd thesis, Université de Bretagne occidentale - Brest, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00730669.

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Abstract (sommario):

Cette thèse vise à une meilleure compréhension de la dynamique du voilier et à la validation des outils numériques de prédiction de performances et d'optimisation par l'étude expérimentale in situ du problème aéro-élastique d'un gréement. Une instrumentation est développée sur un voilier de 8m de type J80 pour la mesure dynamique des efforts dans le gréement, de la forme des voiles en navigation, du vent et des attitudes du bateau. Un effort particulier est apporté à la mesure des caractéristiques géométriques et mécaniques des éléments du gréement, la calibration des capteurs et au système d'acquisition des données. Les principaux résultats montrent que le voilier instrumenté est un outil adapté pour les mesures instationnaires et soulignent l'amplitude de variation d'effort rencontrée en mer (20 à 50% de l'effort moyen dans une houle modérée). En outre, les variations du signal d'effort sont déphasées avec l'angle d'assiette, créant un phénomène d'hystérésis. Le comportement dynamique d'un voilier en mouvement diffère ainsi de l'approche quasi-statique. Les simulations numériques proviennent du code ARAVANTI, couplage implicite d'un code structure éléments finis ARA et d'un code fluide parfait, limitant son domaine de validité aux allures de près Les résultats de simulation sont très proches des cas stationnaires et concordent bien avec les mesures en instationnaire dans une houle de face. L'expérimentation numérique d'un gréement soumis à des oscillations harmoniques en tangage souligne l'importance de l'approche Interaction Fluide Structure (IFS) et montre que l'énergie échangée par le système avec la houle est reliée à la fréquence réduite et l'amplitude du mouvement. Certaines informations n'étant pas disponibles sur le voilier instrumenté, une expérience contrôlée en laboratoire est développée. Elle consiste en un carré de tissu tenu par deux lattes en oscillation forcée. Les mesures sur cette " voile oscillante " permettent d'étudier les phénomènes IFS avec décollement et sont utilisées pour la validation du couplage ARA-ISIS entre un code fluide Navier-Stokes (RANS) et le même code structure.

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Lachaussée, Florent. "Érosion et transport de particules au voisinage d'un obstacle". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS377/document.

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Abstract (sommario):

L'écoulement d'un fluide au-dessus d'un lit granulaire peut provoquer son érosion lorsque la contrainte exercée dépasse une valeur seuil. La présence d'un obstacle immergé dans l'écoulement induit une perturbation, entraînant une survitesse locale du fluide et une plus grande contrainte. L'érosion est alors localement renforcée, phénomène également appelé affouillement. Dans ce travail, nous étudions expérimentalement cette situation d'érosion complexe à l'échelle du laboratoire. Nous nous intéressons en particulier à la question du seuil d'affouillement, c'est-à-dire la vitesse d'approche du fluide minimale nécessaire à l'apparition de l'érosion au voisinage de l'obstacle. Ce faisant, nous observons que deux motifs d'érosion différents peuvent se développer au voisinage d'un obstacle : si le classique affouillement en fer à cheval au pied de l’obstacle domine aux vitesses d'écoulement élevées, on observe pour des vitesses plus faibles un nouveau motif en aval, que nous appelons affouillement en oreilles de lapin. Les seuils d'apparition de ces deux motifs d'érosion sont mesurés visuellement pour différents grains et obstacles. En complément de ces observations, nous utilisons une technique de relevé topographique par profilométrie laser. Le suivi temporel de la topographie du lit au cours du processus d'affouillement nous permet de caractériser la morphologie des deux types de motifs, et de comprendre la compétition entre leurs dynamiques d'apparition par la mesure des temps caractéristiques de formation. L'affouillement en oreilles de lapin est dans la plupart des cas perturbé dans son développement par la formation plus rapide de l'affouillement en fer à cheval. L'étude de l'écoulement, s'appuyant notamment sur des mesures de vélocimétrie par image de particules (PIV), nous renseigne sur les contraintes exercées par le fluide sur les grains, avec ou sans obstacle. Nous pouvons ainsi expliquer les valeurs de seuil d'apparition mesurées pour les deux motifs d'affouillement, qui sont associés à différentes structures de l'écoulement
Erosion occurs when a fluid flowing over a granular bed exerts a large enough shear stress. When the fluid encounters an obstacle, the modification of the flow leads to a local over speed, and thus on an increase of the shear stress in the vicinity of the obstacle. As a result, the erosion is locally enhanced and is called scouring. In this work, we investigate this complicated situation experimentally at the laboratory scale. In particular, we address the question of the scouring threshold, i.e., the minimum critical approach velocity of the fluid leading to erosion in the vicinity of the obstacle. We report the existence of two different scouring patterns: the traditional horseshoe scour at the base of the obstacle, which dominates at large flow velocities, and we also highlight another scouring pattern downstream, which is called rabbit ear scour, at moderate speeds. We determine the onset of both erosion patterns visually using different grains and obstacles. Besides, we measure the bed topography over time using a laser profilometer. By monitoring the bed topography during the scouring process, we characterize the morphology of both scouring patterns and rationalize their competitive dynamics by measuring their formation timescale. In most cases, the rabbit ear scour development is inhibited by the faster horseshoe scour growth. The characterization of the flow using Particles Image Velocimetry (PIV), provides information on the shear stress exerted by the fluid flow on the grains, with and without obstacle. We can thus rationalize the threshold values for both scouring patterns, associated with different flow structures

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Charles, Sylvain. "‬Mise en place d’un dispositif expérimental de caractérisation du comportement des lames fluides, identification des coefficients dynamiques". Poitiers, 2004. http://www.theses.fr/2004POIT2342.

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Abstract (sommario):

Les conditions de fonctionnement de plus en plus sévères des lignes d’arbre (vitesses de rotations élevées, gradients de pression importants) imposent de connaître de façon très précise le comportement statique et dynamique de chaque élément. Ceci concerne en particulier l’influence des éléments fluides supports de la ligne d’arbre et des éléments chargés de l’étanchéité. En effet, ces zones de fluide sont le lieu d’écoulements très sévères, fortement turbulents et avec des effets d’inertie du fluide importants. La plus part des résultats des recherches dans ce domaine proviennent de simulations numériques car il est très difficile de recréer expérimentalement les conditions réelles. Ces seules simulations numériques sont insuffisantes, c’est pourquoi le LMS et ses partenaires industriels (ALSTOM, CNES, EDF, SNECMA) ont décidé, il y a une dizaine d’années de concevoir un dispositif expérimental permettant d’identifier le comportement statique et dynamique des lames fluides. C’est le projet BALAFRE (BAnc d’essais à LAmes Fluides à haut Reynolds). Le travail de thèse présenté dans ce mémoire se décompose en trois parties principales. La première partie décrit le fonctionnement du banc Balafre, la deuxième partie concerne le dimensionnement d’un diaphragme de décharge utilisé dans les paliers hydrostatiques support de la ligne d’arbre du banc. Il s’agit de caractériser la loi de comportement d’un injecteur de type orifice à paroi mince. Un banc de mesures a été conçu et une simulation numérique a été réalisée, les deux résultats concordent et donnent un coefficient de décharge différent de ce qui est donné dans la littérature. La troisième partie de ce travail porte sur le développement d’une méthode originale d’identification des coefficients dynamiques, caractérisant le comportement dynamique d’un joint. La plupart des méthodes utilisées travaillent dans le domaine fréquentiel après transformée de Fourier, alors que cette nouvelle méthode reste dans le domaine temporel. Une validation numérique a été réalisée, elle prouve que la méthode et robuste même avec des mesures fortement bruitées. Par ailleurs, ce travail est complété par un nouveau chapitre de thèse développé dans le cadre de l’Association Bernard Grégory, il s’agit de valoriser les compétences acquises au cours de cette thèse, à travers la recherche purement scientifique mais également à travers le suivi du projet Balafre
In many industrials applications, mechanisms such as turbines or pumps function under sever operating conditions: high speed of rotation, high pressures and high Reynolds number. The dynamic behavior of the shaft strongly depends on shaft surroundings elements like journal bearing or annular seals. Many studies use numerical simulations to recreate real operating conditions, but it is necessary to compare theses results with those coming from an experimental test facility. That is why the LMS and its industrial partnerrs (ALSTOM, EDF, CNES, SNECMA) decided ten years ago to design a specific test apparatus for studying annular seals. The functioning of the machine is completely described in this document. In parallel with the project, the behavior law of a thin-walled orifice is studied; the both numerical and numerical studies give the same result for the discharge coefficient. It does not, in this case, correspond to the value from literature. Finally, the last part of the research deals with the development of a specific method to identify the dynamic force coefficients characterizing the behavior of a seal. Many methods use Fourier transformations to work in frequency domain, whereas this methods stay in time domain. Numerical simulations were carried out, but even if the noise is high, results are good. The algorithm is robust, and the main parameters are identified

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Fagla, Fanou Zinsou Benoît. "Études thermomécaniques expérimentales de suspensions " solide-liquide " newtoniennes et non newtoniennes en écoulement dans une conduite horizontale". Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2002. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_2002_FAGLA_B_F_Z.pdf.

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Abstract (sommario):

Actuellement l'état des connaissances sur l'hydrodynamique et la thermique des écoulements de suspensions newtoniennes et non newtoniennes ne permet pas de bien appréhender les problèmes liés à la stérilisation des écoulements chargés en particules dans l'industrie alimentaire. A ce jour, l'influence de la phase des particules solides sur l'écoulement n'est toujours pas très bien connue et pourtant c'est elle qui détermine la rhéologie du mélange et donc toute la Thermomécanique de ces écoulements. Les objectifs de ce travail expérimental sont de vérifier si les modèles rhéologiques établis pour des suspensions de particules de structure microscopique peuvent s'appliquer à des suspensions de "grosses" particules et d'expliquer les problèmes liés aux mécanismes de transfert de chaleur entre la suspension et la paroi. Les études menées, ont montré que le modèle de milieu effectif est efficace dans l'analyse de la perte de charge pour les fluides newtonien et non newtonien, en régimes laminaire et turbulent en situation isotherme. La migration latérale des particules vers l'axe de la conduite contribue à la modification de la rhéologie du mélange. La sédimentation observée et les interactions entre le fluide porteur et les particules sont à l'origine de la non homogénéité des suspensions en écoulement isotherme. Le transfert thermique est influencé par les particules. Le développement de la couche limite thermique est perturbé par la présence des particules. L'objectif est la maîtrise de la stérilisation en continu, des fluides alimentaires chargés de particules, par procédés thermiques. Le fluide porteur s'organise en anneau monophasique qui entoure la zone des particules au centre du tube. Cette organisation de l'écoulement chargé est néfaste puisqu'il fait émigrer les particules vers la zone froide où la stérilisation est difficile.

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Daguenet-Frick, Xavier. "Etudes numériques et expérimentales des écoulements turbulents dans les échangeurs à chauffage asymétrique : application aux récepteurs solaires à haute température". Perpignan, 2011. http://www.theses.fr/2011PERP1071.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse porte sur différents moyens d’aborder l’écoulement à l’intérieur d’un module d’absorbeur, élément de base d’un récepteur solaire en vue d’améliorer les caractéristiques de ce dernier. En effet, le développement de récepteurs pressurisés dédiés à des cycles gaz fonctionnant à très haute température permettrait la construction de centrales solaires thermodynamiques économiques, à forte efficacité et peu dépendantes aux ressources en eau. Une première approche, fondée sur l’utilisation d’outils de simulation numérique (corrélations puis simulations tridimensionnelles) a permis de définir un module d’absorbeur de référence, à la géométrie interne basique mais fonctionnelle. Ce module a ensuite été testé en conditions réelles. Dans un second temps, des investigations ont été menées sur une géométrie interne optimisée, basée sur le développement et l’utilisation d’une surface texturée constituée de riblets et d’actuateurs. Une étude préliminaire de cette association en soufflerie de couche limite fondée sur l’utilisation de moyens de diagnostic optique laisse présager des ratios coefficient d’échange sur pertes de charge intéressants pour le module d’absorbeur réel. Afin de compléter ce travail préliminaire et de confirmer le diagnostic, une soufflerie de type canal plan, de géométrie proche de celle d’un absorbeur réel et permettant la mesure des pertes de charge a été conçue. L’instrumentation (diagnostic S-PIV) de la cellule de mesure de cette soufflerie a permis de mener à bien la caractérisation de l’écoulement étudié
This PhD work concerns various means of approaching the flow inside a module of absorber, basic element of a solar receiver, in order to improve his characteristics. Indeed, the development of pressurized receivers dedicated to very high temperature gas cycles would allow the construction of economic thermodynamic solar power plants, with a high efficiency and weak water requirements. A first approach, founded on the use of simulation tools (correlations and three-dimensional simulations) made it possible to define a reference module of absorber, with a basic but functional internal geometry. Then, this module was tested in real conditions. In a second time, investigations were carried out on an optimized internal geometry, based on the development and the use of a textured surface made up of riblets and actuators. A preliminary study of this association in a boundary layer wind tunnel founded on the use of optical metrology lets predict an interesting ratio between the heat transfer coefficient and the pressure losses for the real module of absorber. In order to supplement this preliminary work and to confirm this diagnose, a plate channel wind tunnel, whose geometry is close to that of a real absorber and that allows the measurement of pressure losses, was conceived. The instrumentation (S-PIV diagnoses) of the measuring cell of this wind tunnel made it possible to conclude the characterization of the studied flow

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Turuban, Régis. "Études numérique et expérimentales du mélange en milieux poreux 2D et 3D". Thesis, Rennes 1, 2017. http://www.theses.fr/2017REN1S051/document.

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Abstract (sommario):

Le mélange de solutés par les écoulements en milieux poreux contrôle les réactions chimiques dans un grand nombre d'applications souterraines, dont le transport et la remédiation des contaminants, le stockage et l'extraction souterrains d'énergie, et la séquestration du CO2. Nous étudions les mécanismes du mélange à l'échelle du pore et plus précisément comment la topologie de l'écoulement est reliée à la dynamique du mélange d'espèces conservatives; en particulier, l'émergence d'un mélange chaotique est-elle possible dans un milieu poreux tridimensionnel (3D) ? Nous calculons donc numériquement ou mesurons expérimentalement les vitesses d'écoulement et l'évolution temporelle des champs de concentration afin de caractériser la déformation et le mélange à l'échelle du pore. Une première étude, expérimentale, permet de caractériser le mélange dans un fluide s’écoulant à travers un milieu poreux bidimensionnel (2D). Nous mesurons les vitesses par suivi de microparticules solides (''PTV''). L’évolution temporelle de la distance séparant deux particules permet de caractériser la dynamique de la déformation lagrangienne. Des mesures de transport conservatif dans le même milieu fournissent l'évolution temporelle du gradient de concentration moyen (une mesure du mélange). À partir de ces résultats expérimentaux nous proposons la première validation expérimentale à l'échelle du pore de la théorie lamellaire du mélange, reliant les propriétés de la déformation du fluide à la dynamique du mélange. Dans une deuxième étude nous examinons les conditions d'apparition du mélange chaotique dans l’écoulement dans des milieux poreux 3D granulaires ordonnés. Nous effectuons des calculs numériques hautement résolus de d'écoulement de Stokes entre des sphères empilées selon une structure cristalline (cubique simple ou cubique centrée), périodique. La déformation lagrangienne, obtenue à partir des champs de vitesse à l'aide d'outils numériques développés spécifiquement, met en lumière une large variété de dynamiques de la déformation dans ces milieux 3D, selon l'orientation de l'écoulement. Quand la direction de l'écoulement n'est pas normale à l'un des plans de symétrie de réflection du cristal, l'évolution temporelle de la déformation est exponentielle, traduisant une advection chaotique. L’émergence (ou non) du chaos est contrôlée par un mécanisme similaire à la ''transformation du boulanger'': les particules fluides se déplaçant autour d'un grain solide se retrouvent séparées par une surface virtuelle (appelée “variété”) qui émerge de la surface du grain. De multiples variétés existent dans l’écoulement, et la façon dont elles s'intersectent contrôle la nature - chaotique ou non - du mélange, et l'intensité du chaos. En particulier, l'exposant de Lyapunov (une mesure du chaos), est contrôlé par la fréquence spatiale des intersections appropriées à la génération du chaos, nommées ''connections hétéroclinines'' entre variétés. L'image conventionnelle, 2D, des mécanismes du mélange, impose des contraintes topologiques qui ne permettent pas le développement de ces mécanismes 3D. Elle pourrait donc être inadaptée aux milieux poreux naturels. La troisième étude a deux objectifs: (i) fournir une preuve expérimentale de la nature chaotique de l'advection, par la visualisation des variétés et par l'obtention d'une mesure de l'exposant de Lyapunov; et (ii), évaluer si nos résultats numériques obtenus pour des milieux granulaires ordonnés peuvent être généralisés à des milieux désordonnés, plus proches des milieux naturels. L’expérience est fondée sur un empilement désordonné de sphères rendu transparent par l'ajustement optique du liquide avec les sphères. La fluorescence induite par laser (''LIF'') permet de détecter les variétés au sein de l'écoulement, et des techniques PTV de mesurer les vitesses d'écoulement et quantifier l'exposant de Lyapunov. Les premiers résultats expérimentaux sont prometteurs
Solute mixing in porous media flows plays a central role in driving chemical reactions in a number of subsurface applications, including contaminant transport and remediation, subsurface energy storage and extraction, and CO2 sequestration. We study the mechanisms of solute mixing, in particular how the pore scale flow topology is related to the mixing dynamics of conservative solutes, with a particular emphasis on the possible emergence of chaotic mixing processes in three-dimensional (3D) porous media. To do so, we perform numerical computations or experimental measurements of the flow velocities and temporal evolution of the concentration fields, and characterize fluid deformation and mixing at the pore scale. This PhD work consists of three main studies. In the first study, we experimentally characterize mixing in a fluid flowing through a two-dimensional (2D) porous medium built by lithography. We measure the velocity distributions from Particle Tracking Velocimetry (PTV). The time evolution of the separation distance between two particles is analyzed to characterize the Lagrangian deformation dynamics. In parallel we perform conservative transport experiments with the same porous media, and quantify the temporal evolution of the mean concentration gradient, which is a measure of the mixing rate. From these experimental results we obtain the first experimental pore scale validation of the lamella mixing theory, which relates the fluid deformation properties to the mixing dynamics. In the second study, we investigate the conditions of emergence of chaotic mixing in the flow through 3D ordered granular porous media. In these periodic cubic crystalline packings (Simple Cubic - SC - and Body-Centered Cubic - BCC) of spheres, we are able to perform highly resolved computations of the 3D Stokes flow. Using custom-developed numerical tools to measure the Lagrangian deformation from the computed velocity fields, we uncover the existence of a rich array of Lagrangian deformation dynamics in these 3D media, depending on the flow orientation. When the flow direction is not normal to one of the reflection symmetry planes of the crystalline lattice, we find that the Lagrangian deformation dynamics follow an exponential law, which indicates chaotic advection. This chaotic behavior is controlled by a mechanism akin to the baker's transformation: fluid particles traveling around a solid grain along different paths end up either separated by, or on the same side of, a virtual surface projecting from the grain surface and called a manifold. Multiple such manifolds exist within the flow, and the way they intersect controls the nature of mixing (that is, either non-chaotic or chaotic), and the strength of chaos. We show in particular that the magnitude of the Lyapunov exponent (a measure of the vigor of chaos) is controlled by the spatial frequency of transverse connections between the manifolds (called heteroclinic intersections). We thus demonstrate that the conventional 2D picture of the mechanisms of mixing may not be adapted for natural porous media because that picture imposes topological constraints which cannot account for these important 3D mechanisms. The third study has two objectives: (i) provide experimental evidence of the chaotic nature of pore scale advection/mixing, both by visualizing the manifolds and by obtaining a quantitative estimate of the Lyapunov exponent; and (ii) assess if the results obtained numerically in ordered packings of spheres extend to random packings, which are closer to natural porous media. The experiment features a random packing of glass beads rendered transparent by optical index-matching between the fluid and solid grains. We use Laser Induced Fluorescence (LIF) to detect the manifolds, and PTV techniques to measure flow velocities and subsequently quantify Lyapunov exponent. The first experimental results are promising

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Barre, Cyril. "Jet en écoulement transversal : observations expérimentales et numériques". Nancy 1, 1998. http://www.theses.fr/1998NAN10277.

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Abstract (sommario):

Un jet de fluide soumis à un écoulement transversal génère une dynamique très complexe, dont la description et la prédiction constituent un enjeu tant fondamental qu'industriel. L’étude s'appuie sur une corrélation étroite entre l'approche expérimentale et la simulation numérique de l'écoulement. La configuration étudiée concerne une buse de section rectangulaire ayant un rapport d'aspect de 2. L’écoulement transverse et celui du jet sont turbulents. Les rapports de vitesses Uj/Ut sont compris entre 3 et 6. L’expérimentation est successivement conduite en canal à eau et en souffleries. Les résultats proviennent de l'analyse des visualisations ainsi que de l'exploitation des mesures du champ instantané de vitesse et de température par vélocimétrie à 2 fils chauds croisés et fil froid et par vélocimétrie laser à effet doppler. Les mesures sont pour l'essentiel réalisées dans le plan médian du jet. La notion de ligne centrale du jet est d'abord définie et quantifiée. Ensuite une approche métrologique originale permet de mesurer les grandeurs moyennes et leurs fluctuations dans un repère de Frénet porte par les lignes de courant. L’analyse statistique des fluctuations permet la détermination des échelles de turbulence, des flux turbulents et du nombre de Prandtl associé. L’analyse fréquentielle des données montre le caractère fortement instationnaire de l'écoulement. Une fréquence caractéristique émerge nettement des que la vitesse du jet est suffisante. Elle correspond à un nombre de Strouhal de 0. 1. La simulation numérique en volumes finis est menée selon une approche stationnaire puis instationnaire. La solution stationnaire ne converge pas vers la moyenne des solutions instationnaires qui se révèle seule en très bonne concordance avec l'expérience, tant sur les valeurs moyennes que sur la prédiction des structures spatio-temporelles. L’émission par une buse rectangulaire ne modifie pas qualitativement l'organisation spatiale et temporelle de l'écoulement observé en buse circulaire. En revanche, la synthèse de nos résultats permet d'une part de préciser quantitativement les champs de vitesse et de température dans la configuration étudiée et d'autre part, de compléter la description habituellement admise de l'évolution temporelle des deux vortex contrarotatifs marquant le développement du jet.

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Estève, Bonnet Marie-Josèphe. "Étude et analyse expérimentales des divers régimes d'écoulement en cavités rectangulaires". Toulouse, ENSAE, 2001. http://www.theses.fr/2001ESAE0003.

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Abstract (sommario):

La cavité rectangulaire est une géométrie simple qui engendre un écoulement fortement complexe directement lié au rapport d’allongement L/D. Suivant la longueur de la cavité, l’écoulement peut en effet présenter une, deux voire même plusieurs zones recirculées. La mise en place de ces mécanismes dynamiques jouant un rôle premier au niveau des échanges thermiques ou de l’apparition de phénomènes acoustiques, l’étude de la transition d’un écoulement monocellulaire à un écoulement bicellulaire est riche d’enseignements. Ces travaux ont pour objectif d’obtenir une caractérisation complète des différents régimes d’écoulements pouvant se mettre en place au sein d’une cavité rectangulaire et d’analyser les mécanismes de mise en place des zones recirculées inhérents à chaque régime. L’influence du rapport d’allongement L/D à ce niveau est particulièrement observée. Afin d’accéder aux données spécifiques de l’écoulement pour les différentes configurations, de multiples techniques de mesure sont utilisées à chaque stade de la caractérisation. La vélocimétrie laser à effet Doppler (LDV) et la vélocimétrie par images de particules (PIV) permettent, entre autres, d’obtenir une représentation globale moyenne et instantanée de l’écoulement ainsi qu’une analyse plus fine au niveau instationnaire des détachements tourbillonnaires et de l’évolution des structures cohérentes issues de la couche cisaillée. A cette analyse expérimentale s’ajoute une détermination des paramètres numériques nécessaires à l’obtention des simulations correctes du champs de vitesse moyennes pour de telles configurations. L’ensemble de ces résultats permet d’obtenir une base de données conséquente utilisable pour la validation de codes de calcul couramment mis en défaut dans ce type de configuration.

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Andriamihafy, Hérison. "Débitmétrie par diaphragme en écoulement pulsatoire : sources d'erreurs et corrections possibles, approche expérimentale et modélisation". Toulouse, ENSAE, 1987. http://www.theses.fr/1987ESAE0014.

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Mrach, Tarek. "Investigations expérimentales de la dynamique tourbillonnaire générée et du champ acoustique rayonné par un jet plan impactant une plaque fendue chauffée". Thesis, La Rochelle, 2021. http://www.theses.fr/2021LAROS018.

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Abstract (sommario):

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse concernent les interactions qui existent entre la dynamique tourbillonnaire, générée par un jet isotherme impactant une plaque fendue chauffée, et les champs acoustiques rayonnés par cet écoulement. En effet, nous retrouvons les jets heurtant une grille ou une plaque fendue dans les dispositifs terminaux qui équipent les systèmes de traitement et de renouvellement d’air dans les enceintes habitables. Ils ont été intégrés pour améliorer le mélange et éviter les sensations de courants d’air. Mais dans certaines configurations de soufflage et de confinement ces jets impactants deviennent sources de nuisances sonores, avec l’installation de boucles de sons auto-entretenus qu’ils génèrent. Ces sons auto-entretenus se produisent lorsque l’écoulement interagit avec un obstacle muni de fentes placé sur sa trajectoire. Ainsi, une onde acoustique est générée dans la zone où les structures tourbillonnaires du jet heurtent la plaque fendue, se propage vers l’amont et produit une modulation de la couche de cisaillement près de la sortie du jet et une amplification des instabilités. Cette boucle de rétroaction optimise le transfert d’énergie du champ aérodynamique vers le champ acoustique et crée une source de bruit aéro-acoustique qui peut atteindre des niveaux sonores élevés. Pour mener cette étude, nous nous sommes basés sur un dispositif expérimental capable de simuler les différentes configurations d’écoulements prospectées. Nous avons également utilisé une métrologie spécifique capable de contrôler et de synchroniser le chauffage de la plaque, les mesures acoustiques, et les acquisitions d’images de particules, pour accéder aux champs cinématiques instantanés par une technique de vélocimétrie de plein champ résolue en temps et dans l’espace. Ainsi, des cartes des niveaux acoustiques et des fréquences les plus énergétiques en fonction du rapport d’impact et du nombre de Reynolds ont été établies. L’analyse de ces courbes fait apparaitre des configurations où le bruit généré a un spectre de raies, de fortes intensités, témoignant d’un écoulement organisé. Pour ces configurations, un examen de l’influence de la température de la plaque, heurtée par le jet, sur les grandeurs cinématiques, dynamiques et acoustiques de l’écoulement a été réalisé. Et des tendances marquées ont été relevées
The work carried out within the framework of this thesis concerns the interactions which exist between the vortex dynamics, generated by an isothermal jet impinging on a heated slotted plate, and the acoustic fields radiated by this flow. In fact, impinging jets on slotted plates or meshes are found the terminal parts of ventilation and air treatment systems found in the residential enclosures. They are incorporated to improve mixing and avoid the feeling of air discomfort. But in certain blowing and confinement configurations, these impinging jets become sources of noise pollution, with the installation of self-sustaining sound loops that they generate. These self-sustaining sounds occur when the flow interacts with an obstacle with slots placed in its path. Thus, an acoustic wave is generated in the area where the vortex structures of the jet hit the slotted plate, propagate upstream and produce a modulation of the shear layer near the exit of the jet and an amplification of the instabilities. This feedback loop optimizes the energy transfer from the aerodynamic field to the acoustic field and creates an aero acoustic noise source that can cause high sound levels. To carry out this study, we relied on an experimental device capable of simulating the different flow configurations to be analyzed. We also used a specific metrology capable of controlling and synchronizing the heating of the plate, the acoustic measurements, and the particle image acquisitions, to access the instantaneous kinematic fields by a full-field velocimetry technique resolved in time and in space. Thus, maps of the most energetic sound levels and frequencies as a function of impact ratio and Reynolds number were established. Analysis of these curves reveals configurations where the noise generated has a spectrum of lines, of high intensities, testifying the existence of an organized flow. For these configurations, an examination of the influence of the temperature of the plate, struck by the jet, on the kinematic, dynamic and acoustic quantities of the flow was carried out. And marked trends were noted

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Zhou, Chengsi. "Numerical simulation and experimental investigations of two-phase flow in singularities". Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI065.

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Abstract (sommario):

Une étude numérique et des investigations expérimentales sont menées sur une bulle de Taylor ascendante au passage d’une contraction ou d’un élargissement brusque dans un liquide Newtonien stagnant. Le code CFD est issu du logiciel libre Gerris utilisant la méthode VOF (Volume Of Fluid) pour représenter l’interface liquide-gaz. La méthode numérique est vérifiée en utilisant les résultats existants sur des bulles de Taylor ascendantes dans des colonnes droites. L’étude expérimentale permet d’étudier une bulle d’azote dans un mélange eau-glycérol pour différentes concentrations. Le rapport des diamètres de la conduite varie de 0,69 à 1,72. Les images de la bulle montante dans les singularités sont capturées par une caméra haute vitesse. Les variations de vitesse de la bulle et de l’épaisseur du film liquide sont étudiées. Les résultats montrent que l’élargissement brusque avec un rapport de diamètres plus élevé entraîne plus de perturbations sur la bulle avec de forts effets sur sa queue. Les queues de bulles instables sont coupées en petites bulles dans certains cas et une carte d’écoulement permet de le prédire. En outre, il a été observé que les variations de la forme de la bulle dépendent de la longueur des bulles. En ce qui concerne la bulle passant par une contraction, le phénomène de blocage a été observé et une carte de prédiction a été proposée. Finalement, cette étude, basée sur un intervalle assez large du nombre d’Eötvös et du rapport de diamètres, propose de nouvelles connaissances pour mieux comprendre l’ascension d’une bulle de Taylor dans les singularités
Numerical simulations and experimental investigations of rising individual Taylor bubble through a vertical sudden expansion and contraction in stagnant Newtonian liquid is presented. The CFD procedure is based on the open source package Gerris which adopts the volume-of-fluid (VOF) method to represent the gas/liquid interface. The numerical method is verified using the existing results of single Taylor bubbles rising in straight columns. The experiments investigate a nitrogen bubble rising in a water-glycerol mixture for different concentrations. The pipe diameter ratio ranges from 0.69 to 1.72. The images of the bubble rising through the singularities are captured by a high-speed camera. Our investigations focus on the transient process of the bubbles passing the singularity. The variations of the bubble velocity and the liquid film thickness are investigated. The results show that the greater expansion ratios yield more perturbations on the bubbles and have strong effects on the tail of the bubble. The unstable bubble tails are cut off into smaller bubbles in some of the test cases and a bubble break-up regime map obtained by simulations has been proposed. The bubble shape variations depend also on the length of the bubbles. For a bubble passing through a contraction, the blocking phenomenon has been observed and a map has been proposed. Finally, this study, based on a large range of Eötvös numbers and expansion/contraction ratios, provides new insights to better understand the effect of singularities on rising Taylor bubbles

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Trieu, Hung Truong. "Études théorique et expérimentale du transport de fluides miscibles en cellule Hele-Shaw". Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2011. http://www.theses.fr/2011INPL027N/document.

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Abstract (sommario):

Dans cette thèse, nous avons étudié expérimentalement, numériquement et théoriquement la sédimentation d’un soluté en cellule de Hele-Shaw, modèle analogue de milieu poreux, avec un écoulement zonal horizontal. Une cellule, alimentée par deux grands réservoirs assurant un écoulement zonal uniforme, a été réalisée au laboratoire. La vitesse a été mesurée par PIV. L’injection d’une solution saline dans cet écoulement permet de visualiser la propagation du panache de pollution, et de mesurer le champ de concentration par LIF. Trois configurations typiques ont été observées : panache sans digitation (« stable »), avec une seule digitation (« faiblement instable »), et avec de nombreuses digitations (« fortement instable »). L’influence du contraste de densité, de la vitesse zonale, et du débit d’injection sur la stabilité du panache a été analysée. Ces résultats ont été comparés à des simulations numériques sous COMSOL Multiphysics®. Les champs de concentration simulés sont en accord quantitatif avec les champs expérimentaux. Ces simulations ont de plus permis d’étudier l’influence de l’anisotropie du tenseur de dispersion sur la stabilité du panache. Une étude théorique linéaire, effectuée à partir d’un écoulement de base unidirectionnel et quasi-stationnaire, est venue compléter ces résultats. Elle montre que le panache est toujours convectivement instable pour les valeurs des paramètres considérées, et permet de retrouver et de quantifier les principaux résultats mis en évidence lors des études expérimentale et numérique, comme l’effet stabilisant de la dispersivité longitudinale ou l’effet déstabilisant du contraste de densité
This thesis is an experimental and numerical investigation of solute transport and sedimentation in a Hele-Shaw cell with zonal flow. A vertical cell joining two large tanks has been built to provide a uniform horizontal flow, the velocity of which has been measured by using PIV. The concentration field of a solute injected in this flow has been measured by using LIF. Three typical plume configurations have been observed: without digitations (“stable”), with a single digitation (“weakly unstable”), and with various digitations appearing at the lower interface (“unstable plume”). The influence of density contrast, zonal flow and solute flow rate on the appearance of the various configurations has been investigated. These results have been compared to numerical simulations using the COMSOL Multiphysics® software. The numerical concentration fields are in qualitative agreement with the experimental ones. In addition, these simulations allowed us to investigate the effect of the anisotropy of the dispersion tensor on the occurrence of unstable configurations. A linear stability analysis based on a uniform parallel flow superposed to a quasi-steady horizontal layer of solute has been performed. It shows that the plume is convectively unstable for the parameters considered here, and confirms the various behaviors observed in both the experimental and the numerical analyses, like the stabilizing effect of the longitudinal dispersivity or the destabilizing effect of the solute concentration

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Baur, Loïc. "Contributions expérimentales sur les écoulements à bulles en rotation". Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1995. http://www.theses.fr/1995INPL131N.

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Abstract (sommario):

Bien que les écoulements diphasiques tourbillonnaires soient largement rencontrés dans les procédés et dispositifs industriels, ils n'ont fait l'objet que d'études limitées. Ce mémoire traite des contributions que nous avons apportées à la connaissance de tels écoulements sur le plan expérimental. La configuration d'étude concerne un écoulement à bulles ascendant en conduite cylindrique verticale, qui traverse une structure alvéolaire tournante. Dans un premier temps, la boucle d'essais spécifique à cette étude ainsi que les différentes techniques de mesures utilisées sont décrites. Les résultats obtenus en monophasique sont alors donnés afin de qualifier le dispositif. Le comportement de la phase gazeuse est ensuite analysé par visualisations à l'aide de cameras et par des mesures de taux de vide local par sonde optique. La migration des bulles vers le centre de la conduite conduit à la formation d'un cœur dont le taux de vide peut atteindre 70% sans pour autant provoquer un régime annulaire. Ce cœur est de stabilité variable suivant les vitesses débitantes des deux phases et la vitesse de rotation. Enfin, des résultats de mesure de la pression pariétale et des vitesses sont donnés. Une bi-sonde optique est utilisée pour la phase gaz tandis que la vitesse de la phase liquide est mesurée par film chaud. Cette étude a donc permis de décrire la structure de l'écoulement et a apporté les premières données locales en vue d'une modélisation future

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Gai, Jing-Gang. "Etudes théoriques et expérimentales de la processabilité du polyéthylène à ultra-haute masse molaire". Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2009. http://www.theses.fr/2009INPL039N/document.

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Abstract (sommario):

Aujourd’hui le développement de nouveaux matériaux polymères ayant de bonnes propriétés repose de plus en plus sur des procédés de mélange ou de compoundage de polymères au lieu de recourir à la synthèse de nouvelles molécules. L’action du mélange peut fortement influer sur la morphologie des matériaux polymères multi-constituants. Les extrudeuses bi-vis (TSE) sont souvent utilisées comme mélangeurs/réacteurs pour des procédés de mélange, de compoundage et d’extrusion réactive. Cependant, l’étude sur la qualité du mélange dans les TSE demeure un grand défi en raison de la complexité géométrique et du caractère transitoire de l’écoulement. Cette thèse a pour objet de développer un nouvel instrument en line pour mesurer en temps réel la distribution des temps de séjour (DTS) qui caractérise la performance du mélange axial et la capacité de convoyage de différents types d’éléments de vis basées sur l’analyse de l’écoulement transitoire et l’évaluation systématique de la théorie de mélange dans les TSE. Le mélange distributif des polymères fondus est caractérisé par la génération de l’aire des interfaces, un paramètre difficile à mesurer expérimentalement. Alors on fait appel à des simulations numériques de type CFD
The development of new materials with improved properties seems to rely nowadays more on blending and compounding than on the synthesis of chemically new polymers. Mixing may have a great effect on the morphology and structure of multi-component polymer materials. Twin-screw extruders (TSE) are widely used as mixers/reactors for blending, compounding, and reactive processing. This work aimed at developing a new instrument to measure in real time the residence time distribution (RTD) which characterizes the axial mixing and transport abilities of different screw elements based on the analysis of the transient flow pattern and systematic evaluation of mixing theory in TSE. Distributive mixing of polymer melts is characterized by the generation of interfacial area, which is experimentally much more difficult to measure. This 3D numerical simulation based on CFD is adopted

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Ravelet, Florent. "Etude expérimentale d'écoulements internes turbulents monophasiques et multiphasiques". Habilitation à diriger des recherches, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00915643.

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Abstract (sommario):

Ce mémoire présente une synthèse de mes travaux de recherche effectués depuis ma soutenance de thèse en septembre 2005. L'ensemble s'articule autour de problèmes touchant aux écoulements turbulents, tant monophasiques que multiphasiques abordés principalement d'un point de vue expérimental. Les problèmes traités sont tout autant d'ordre fondamental que plus appliqué. Cette présentation est organisée autour de 3 axes : 1. les instabilités et bifurcations en écoulements turbulents monophasiques ; 2. l'étude des écoulements dans les machines tournantes et leur conception ; 3. la dynamique et les instabilités en écoulements diphasiques. Ces 3 axes ont en commun un certain nombre de traits, comme la caractérisation au moyen d'outils expérimentaux conçus à dessein, l'analyse des données obtenues (signaux temporels ou champs de vitesse LDV/PIV) au moyen du développement d'outils de post-traitement (analyse d'image) et enfin l'intérêt porté aux phénomènes instationnaires et dynamiques.

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Mainhagu, Jon. "Transport de fluides miscibles à propriétés physiques variables en cellule Hele-Shaw.Comparaisons entre simulations numériques et mesures par LIF". Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2009. http://www.theses.fr/2009INPL032N/document.

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Abstract (sommario):

L'étude décrite dans cette thèse porte sur l'injection ponctuelle d'une solution saline au sein d'une cellule dite de Hele-Shaw, afin de caractériser le comportement dispersif d'un polluant en milieu poreux. L'approche expérimentale employée est basée sur l'implémentation originale d'un dispositif de Fluorescence Induite par Laser (LIF) dans la cellule. La mise en place d'un protocole de mesure efficace permet de mener une analyse quantitative des résultats expérimentaux. En outre, en appliquant la méthode des moments, il est possible de caractériser avec précision le comportement dispersif de la zone de mélange de la solution injectée. Parallèlement aux expériences, à l'aide du code numérique FRIPE, les injections ont été simulées numériquement. L'analyse quantitative a été appliquée à ces dernières. Une comparaison poussée des résultats expérimentaux et numériques a donc été effectuée, du point de vue qualitatif mais aussi sur l'expression de la dispersion du panache de la zone de mélange de la solution
The study described in this thesis is about punctual injection of a saline solution inside a "Hele-Shaw cell" in order to characterize the dispersive behavior of a pollutant in porous media. The chosen experimental approach is based on the setup of an original Laser Induced Fluorescence (LIF) in the Hele-Shaw cell. The setting of the experimental apparatus allows quantitative data reduction of the experimental results. Moreover the "Moments Method" studied precisely the solution mixing dispersive behavior. Using the numerical code FRIPE the same injections have been simulated. The same quantitative data reductions have been applied to the numerical results. This led to an extensive comparison of the numerical and the experimental results, qualitatively but also of the dispersion in the mixing area of the injected solution

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Bougouin, Alexis. "Etude expérimentale de l'effondrement d'une colonne fluide-grains". Thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://www.theses.fr/2017INPT0113/document.

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Abstract (sommario):

Autour de nous, les systèmes granulaires sont omniprésents et rarement dissociés d'une phase liquide ou gazeuse. L'interaction entre les deux phases (solide et fluide) implique une dynamique d'écoulement complexe de ces systèmes couplés. Cette thèse expérimentale a pour but de caractériser la dynamique d'effondrement gravitaire instationnaire d'une colonne fluide-grains dans différentes configurations de mélange diphasique. Considérant uniquement l'effet des grains au sein du fluide, la dynamique d'écoulement d'une suspension isodense dans l'air est d'abord abordée avec une description macroscopique. En particulier, La rhéologie du fluide apparent est extraite à partir de l'évolution temporelle du front en utilisant des solutions auto-similaires, modèles de la dynamique de propagation aux temps longs. Sur la gamme du nombre de Reynolds étudiée, la dynamique d'écoulement de la suspension est décrite comme celle d'un fluide apparent Newtonien ou non-Newtonien (rhéofluidifiant, rhéoépaississant, viscoplastique) dépendant des paramètres considérés (fraction volumique, viscosité du fluide interstitiel, diamètre des grains, protocole de préparation). Afin de décrire la configuration opposée d'un massif sédimentaire pour lequel les interactions entre particules solides deviennent dominantes, la configuration d'une colonne granulaire dense saturée en fluide, i.e. où les grains sont plus lourds que le fluide porteur, est ensuite étudiée. Un travail préliminaire est consacré à la caractérisation de l'effondrement d'une colonne granulaire totalement immergée dans un fluide. Le rôle dissipatif de ce dernier sur le milieu granulaire est mis en évidence par une analyse de la dynamique d'effondrement et des caractéristiques du dépôt final. Cette caractérisation permet de classifier les régimes d'effondrement en fonction de la viscosité et de la masse volumique du fluide environnant, i.e. du nombre de Stokes et du rapport de masse volumique entre le fluide et les grains. Dans le cas triphasique, i.e. lorsque la colonne fluide-grains s'effondre dans l'air, la dynamique peut être fortement affectée par les effets capillaires à travers le nombre de Bond qui contrôle alors la mise en mouvement de la colonne initiale. Quand ces effets deviennent négligeables à l'échelle de la colonne et à celle du grain, le fluide interstitiel peut jouer un rôle moteur ou dissipatif vis-à-vis dumilieu granulaire conduisant à une longueur d'étalement plus ou moins importante en comparaison au cas sec. Le rôle du fluide interstitiel dépend essentiellement de sa viscosité modifiant, par la même occasion, la dynamique d'effondrement. Enfin, une étude préliminaire sur la dynamique d'écoulement d'une suspension non-isodense, initialement homogène, est réalisée. Cette configuration, à la transition des situations décrites précédemment, permet d'aborder le couplage de la dynamique de sédimentation des grains et celle du courant. En particulier, nous observons que la vitesse de sédimentation décroît avec l'augmentation de la fraction volumiqueinitiale en particules
On the Earth's surface, granular medias are ubiquitous and they are rarely dissociated from a liquid or a gas. The fluid-solid interaction leads to a complex flow dynamics of these coupled systems. This experimental work aims at characterizing the dynamics of the unsteady gravitydrivencollapse of a granular-fluid column within different configurations of the diphasic mixture. First, the flow dynamics of a neutrally buoyant suspension in air are characterized based on a macroscopic description of the flow. In particular, the rheological parameters of the apparent fluid have been extracted using the temporal evolution of the propagating front and self-similar solutions, models of the propagating dynamics at long times. In the considered range of the Reynolds number, the flow dynamics are described as an apparent Newtonian or non-Newtonian (shear-thinning/-thickening, viscoplastic) fluid depending on the various parameters (volume fraction, viscosity of the interstitial fluid, particle diameter, mixing protocol). In order to describe the opposite case of a sedimentary environment where particle-particle interaction becomes dominant, a second part of this work investigates the case of a fluid-saturated granular collapse, i.e. for which particles are heavier than the carrier fluid, in a dense packing configuration. For this purpose, a first part of the study is dedicated to characterize the collapse of an immersed granular column. The dissipative role of the fluid on the granular media is highlighted by an analysis of the collapse dynamics and the characteristics of the final deposit. This characterization allows to classify the regimes of the collapse depending on the viscosity and the density of the surrounding fluid, i.e. the Stokes number and the fluid-grain density ratio. In the triphasic case, i.e. when the granular-fluid column collapses in air, the dynamics may be strongly affected by capillary effects through the Bond number which controls the initial dynamics of the column. When these effects can be neglected (large Bond number) at the column and grain scales, the interstitial fluid can have a driven or a dissipative role on the granular media leading to a runout length more or less extended in comparison to the dry case. The role of the interstitial fluid depends mainly on its viscosity which also modifies the collapse dynamics. Finally, a preliminary study is realized on the flow dynamics of an initially homogeneous negative buoyant suspension column. This case, which makes the transition between the above mentioned configurations, allows to study the coupling between the settling dynamics of particles and this of the current. In particular, we observe that the settling velocity decreases with the increase of the initial volume fraction of particles

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Ferchichi, Yassine. "Etude expérimentale du mouvement d'une particule sphérique à l'approche d'une interface liquide/fluide". Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01001954.

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Abstract (sommario):

Lors du traitement en poche de l'acier liquide, les inclusions sont transportées vers l'interface métal liquide/laitier où elles sont capturées. Près de l'interface, le mouvement des inclusions est ralenti sous l'effet des interactions hydrodynamiques avec celle-ci. Afin d'étudier ces interactions, deux maquettes froides ont été mises en œuvre, où les inclusions sont modélisées par des billes millimétriques de densité intermédiaire entre celles de deux liquides transparents. Ces dispositifs nous ont permis de mesurer les variations du coefficient de frottement fen fonction de d/R (d est la distance du centre de la bille à l'interface non déformée et R est le rayon de la bille) pour différentes valeurs du nombre de Bond particulaire Bop, du rapport de différences de densités β et du rapport de viscosités λ. Lorsque d⁄(R>2), les points expérimentaux sont en accord avec le modèle de Bart pour une interface indéformable. fdépend fortement de λ et faiblement de  et Bop.Lorsque d⁄(R≤2), on distingue deux modes de relaxation vers l'équilibre. Lorsque 〖Bo〗_p≪1, la déformation reste faible et le régime de Bart est suivi par le régime de Taylor où (f~R)⁄h (h est l'épaisseur du film de liquide séparant la particule de l'interface). Lorsque 〖Bo〗_p≳1, l'interface se déforme significativement pour atteindre localement la courbure de la bille et le drainage du film s'effectue en régime de Reynolds où f~(R⁄h)^3. Les variations de 1/f en fonction de l'écart à l'équilibre présentent une inflexion que nous attribuons à la transition vers le régime de Reynolds et qui apparaît d'autant plus tôt lors de la relaxation vers l'équilibre que λ est élevé. Dans le régime de transition, fne dépend que de l'écart à la position d'équilibre et de λ. En régime de Reynolds, fest une fonction croissante de λ, 〖Bo〗_p et β, en accord avec le modèle de drainage de Hartland.

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Mycek, Paul. "Étude numérique et expérimentale du comportement d'hydroliennes". Phd thesis, Université du Havre, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00925229.

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Abstract (sommario):

Ce manuscrit traite de la caractérisation numérique et expérimentale du comportement d'hydroliennes. D'un point de vue expérimental, des essais ont été réalisés au bassin à houle et courant de l'IFREMER de Boulolgne-Sur-Mer, sur des maquettes d'hydroliennes tri-pales à axe horizontal. Des configurations comprenant une seule hydrolienne, d'une part, et deux hydroliennes alignées avec l'écoulement, d'autre part, ont été considérées pour une large gamme de TSR et, le cas échéant, de distances inter-hydroliennes. Le comportement des hydroliennes est analysé à la fois en termes de performances (coefficients de puissance et de traînée) et de développement du sillage. Les effets du taux de turbulence ambiante sont également examinés. Par ailleurs, des simulations numériques, obtenues à l'aide d'un code tridimensionnel instationnaire, fondé sur la méthode Vortex particulaire et développé au LOMC (UMR 6294, CNRS - Université du Havre) en partenariat avec l'IFREMER, sont présentées. Le code de calcul permet également d'étudier les performances et le sillage d'une hydrolienne. Ce dernier a été complètement réécrit dans le cadre de cette thèse et le support théorique et technique des différents aspects du code est fourni dans ce manuscrit, où la méthode Vortex telle qu'elle est utilisée dans le code est exposée en détail.

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Carrat, Jean-Bastien. "Quantification expérimentale et numérique de l'agressivité de cavitation". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAI044/document.

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Abstract (sommario):

La cavitation est un enjeu majeur dans de nombreux systèmes hydrauliques à cause des chutes de performances, des vibrations et de l'endommagement qu'elle peut générer.Cette thèse est dédiée au phénomène d'érosion par cavitation et vise à proposer des outils pour quantifier le potentiel érosif d'un écoulement cavitant.La géométrie retenue est celle d'un hydrofoil symétrique basé sur un NACA0015 avec une partie plane entre 27% et 70% de la corde pour faciliter la mise en place de capteurs.L’étude se focalise sur une cavitation par poche oscillante se développant au bord d’attaque de l’hydrofoil.Les essais sont réalisés dans le tunnel hydrodynamique du LEGI, rénové en partie pour répondre aux nouveaux besoins de cette thèse.En parallèle, des calculs numériques sont menés avec le code de calcul 2D instationnaire cavitant IZ développé au LEGI.L'écoulement cavitant est analysé sur la base de vidéos rapides et de simulations numériques.Cette analyse permet de déterminer la dynamique de la poche, la longueur maximale de la poche et la fréquence de lâchers, ainsi que l'influence des paramètres hydrodynamiques (vitesse de l'écoulement, incidence du profil, nombre de cavitation) sur le comportement de la poche.De forts effets tridimensionnels observés expérimentalement rendent difficile la prévision de la dynamique de la poche avec le code bidimensionnel.Cependant, la longueur maximale de la poche et la fréquence de lâchers sont bien prévues numériquement.Une matrice de huit capteurs PVDF, de surfaces actives 2x2 mm$^2$, est fabriquée et collée sur l’hydrofoil entre 30% et 67% de la corde. Cette instrumentation permet de mesurer les pics de pression dus à l'implosion des structures de vapeur à une fréquence d'acquisition de 10~MHz sur huit voies en simultané.L’agressivité de l’écoulement cavitant est déterminée expérimentalement à partir de la distribution de la fréquence des pics de pression en fonction de leur amplitude.Numériquement, un paramètre d’agressivité est défini à partir d’un modèle développé précédemment au LEGI.Il permet d’estimer une agressivité instantanée et moyenne à la surface de l’hydrofoil.Des études locales sur l’agressivité instantanée et moyenne numériques permettent d’identifier l’origine des zones les plus agressives. Une comparaison qualitative entre expérience et numérique montre que le calcul numérique surestime l’agressivité au voisinage du bord d’attaque.Globalement, les résultats expérimentaux et numériques sont en bon accord pour une faible incidence et montrent que la zone de plus forte agressivité est localisée au niveau de la fermeture de poche et que la vitesse de l'écoulement a une forte influence sur le niveau d'agressivité
Cavitation is a major issue in hydraulic machinery, due to its negative consequences: performance drop, vibrations increase and damage.This PhD is dedicated to cavitation erosion and aims to propose tools in order to quantify the erosive potential of a cavitating flow.Experiments were carried out on a symmetrical hydrofoil based on a NACA0015 with a flat area between 27% and 70% of the chord length for an easy instrumentation with pressure sensors.The study is focused on partial cavitation that detaches from the leading edge of the hydrofoil and periodically sheds vapor clouds.All experiments are conducted in the LEGI cavitation tunnel, partly renovated for the new purposes of this PhD.Meanwhile, numerical calculations are performed with the in-house 2D cavitating unsteady code IZ developed at LEGI.Flow analyses are based on high-speed videos and numerical simulations.These analyses give the cavity dynamics, the maximum cavity length and the shedding frequency.The influence of the hydrodynamic parameters (flow velocity, hydrofoil angle of attack, cavitation number) on the cavity behavior is studied.Strong 3D effects observed experimentally make it difficult to predict the cavity dynamics with the two-dimensional code. Nevertheless the maximum cavity length and the shedding frequency are well predicted numerically.A matrix of eight sensors, with an active area of 2x2~mm$^2$, was made and flush mounted on the hydrofoil between 30% and 67% of the chord length.These sensors allow measuring pressure peaks due to the collapse of vapor structures on the hydrofoil surface. Acquisitions are made simultaneously on the eight sensors at a sampling rate of 10 MHz.The flow aggressiveness is estimated experimentally from the peak frequency distribution as a function of the peak amplitude.Numerically an aggressiveness parameter is defined from a model developed previously at LEGI. This parameter allows estimating an instantaneous and mean aggressiveness at the surface of the hydrofoil.The origins of the most aggressive areas are identified from local studies.Comparison between experimental and numerical results shows that the numerical approach overestimates the aggressiveness close to the hydrofoil leading edge.Globally, the experimental and numerical results are in pretty good agreement for low incidence.The most aggressive area is localized at the cavity closure and the flow velocity has a huge influence on the aggressiveness level

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Cattieuw, Philippe. "Etude expérimentale des écoulements gaz-particules dans un lit fluidisé circulant". Aix-Marseille 1, 1992. http://www.theses.fr/1992AIX11037.

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Abstract (sommario):

Le travail presente porte sur la caracterisation ponctuelle d'un ecoulement gaz-particules dans un lit fluidise circulant par velocimetrie-granulometrie laser-doppler. Pour cela nous avons concu et realise un pilote de laboratoire froid dans lequel les conditions d'ecoulement en entree sont parfaitement maitrisees. Le fluide porteur est de l'air a temperature ambiante. Les particules fluidisees sont des billes de verre. Nous avons determine en differents points la vitesse de chaque phase ainsi que la distribution en taille de la phase solide, cela dans les zones d'entrainement et de desengagement. Nous avons mis en evidence des stratifications spatiales des particules en taille et vitesse pour differentes vitesses superficielles

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Cassar, Cyril. "Etude expérimentale des écoulements granulaires immergés". Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00012103.

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Abstract (sommario):

Ce manuscrit présente une étude expérimentale et théorique sur les écoulements granulaires immergés le long d'un plan incliné, modèle en
laboratoire des avalanches sous-marines. L'étude expérimentale porte sur un
écoulement granulaire stationnaire et uniforme, complètement immergé dans
de l'eau. Les mesures de vitesse et d'épaisseur montrent que la définition
d'un nombre sans dimension dépendant d'un rapport de deux temps caractéristiques permet de comprendre quantitativement de tels écoulements.
L'adaptation de ce nombre sans dimension à un écoulement sec ou immergé
permet de définir de manière universelle une rhéologie de friction. Intégrée
aux équations moyennées dans l'épaisseur, cette rhéologie permet de définir
un critère de stabilité entre les écoulements stationnaires et des écoulements
instables, en accord qualitatif avec les observations expérimentales. Pour
mieux comprendre le rôle du fluide interstitiel, nous avons étudié numériquement
la trajectoire d'un bloc poreux en écoulement le long d'une pente rugueuse.
Outre la dissipation visqueuse, la présence du fluide peut apporter une lubrification modifiant les trajectoires du bloc poreux, et les angles
d'écoulements stationnaires. La dernière partie du manuscrit présente des
perspectives sur les écoulements immergés instationnaires ainsi qu'un ensemble
de conclusions.

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Gallitelli, Donato. "Traitements de surface mécaniques : modélisation et caractérisations expérimentales". Thesis, Troyes, 2018. http://www.theses.fr/2018TROY0013.

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Abstract (sommario):

Les traitements de surface occupent une place très importante au niveau industriel, visant à améliorer les propriétés mécaniques des matériaux. Parmi eux, le grenaillage de précontrainte (GC) est certainement le plus renommé, même si le grenaillage ultrasonore (GUS) et le choc laser (LSP) sont de plus en plus présents. Ce travail consiste en une étude approfondie du grenaillage qui peut être divisée en trois parties. La première partie propose un modèle semi analytique pour la prédiction des contraintes résiduelles après grenaillage conventionnel ou ultrasonore. Une démarche permettant d’obtenir la déformation d’une pièce à géométrie complexe à partir des paramètres du procède de grenaillage conventionnel ou ultrasonore a été mise en place. Plusieurs simulations numériques d’impacts bille-massif ont été réalisées dans l’objectif de choisir les variables à prendre en compte dans le modèle proposé. Dans une deuxième partie, plusieurs séries de mesures expérimentales et de simulations numériques de la dynamique des billes ont été réalisées afin de permettre une optimisation et une meilleure compréhension du GUS. Dans la dernière partie de ce travail, un grand nombre de mesures expérimentales ont été menées afin d’étudier le couplage entre le grenaillage ultrasonore et la nitruration gazeuse d’un acier martensitique. Enfin, une comparaison entre le grenaillage ultrasonore, conventionnel et le choc laser est proposée
Mechanical surface treatments are widely used in manufacturing industries in order to improve mechanical properties of materials. Among them, shot peening is certainly the most known, even if ultrasonic shot peening and laser shock peening are becoming more and more common. This work consists in a large study of shot peening, divided in three parts.The first one is focused on the conception of a semi analytical model for residual stress prediction after conventional shot peening or ultrasonic shot peening. An approach able to chain the whole shot peening process, starting from process parameters to residual stress field in a structure is proposed. Several numerical simulations of shot-body impacts are carried out in order to determine the parameters of the model.In the second part of this work, a characterization of the ultrasonic shot peening process is performed thanks to many experimental measurements and shot dynamic simulations.The last part of this PhD work corresponds to an experimental analysis focused on the combination of ultrasonic shot peeing with gas nitriding on a martensitic steel. A comparison between ultrasonic shot peening, conventional shot peeing and laser shock peening effects is finally proposed

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Ndongo, Fokoua Georges. "Étude expérimentale de la réduction de traînée par injection de bulles". Phd thesis, Université de Bretagne occidentale - Brest, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00931382.

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Abstract (sommario):

Cette thèse porte sur l'étude expérimentale de la réduction de traînée par injection de bulles. Le contexte de l'étude est lié à la propulsion navale. Les bulles peuvent, lorsqu'elles sont injectées dans la couche limite en développement le long des carènes de navires, contribuer à réduire significativement la résistance de frottement, en allégeant d'une part le fluide le long de la coque et d'autre part en interagissant avec les structures turbulentes de proche paroi. La configuration expérimentale retenue pour cette étude est l'écoulement de Taylor-Couette, avec cylindre extérieur fixe et injection de bulles calibrées. Nos investigations portent sur les régimes de transition, de turbulence naissante et turbulent avec persistance des cellules de Taylor (Re=20000). La taille des bulles varie avec le capillaire et le mélange utilisés, entre 0,05 et 0,12 fois la largeur de l'entrefer. Une méthode originale de suivi de la phase dispersée dans un plan méridien, couplée à des mesures de couple global appliqué au cylindre intérieur ont permis de mettre en évidence deux régimes de réduction de traînée et plusieurs types d'arrangements des bulles, en fonction de leur taille et du nombre de Reynolds. Les bulles peuvent avoir une trajectoire glissante, oscillante, être capturées par les cellules de Taylor ou en proche paroi du cylindre intérieur dans les zones de jets sortants. La caractérisation par PIV des vitesses de la phase liquide en monophasique et diphasique a permis d'étudier les modifications induites par les bulles sur la phase liquide et de discuter des mécanismes impliqués dans la modification du couple global par la présence des bulles. Il ressort de cette étude que pour les nombres de Reynolds en deçà de la capture, les bulles contribuent à stabiliser l'écoulement en accord avec une réduction du couple visqueux pouvant atteindre -30% pour des taux de vide très faible (< 1%). Pour des nombres de Reynolds plus élevés, la capture dans les cellules conduit à une réduction de la longueur d'onde axiale et une augmentation de la vorticité des cellules, associée à une augmentation des vitesses rms. Cette configuration est favorable à une augmentation du couple visqueux. A l'inverse, la capture des bulles dans le jet sortant conduit à une augmentation de la longueur d'onde axiale, associée à une diminution de la vorticité. Cette configuration est favorable à une réduction du couple visqueux, moins marquée qu'en absence de capture.

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Habchi, Charbel. "Étude expérimentale et numérique des phénomènes de mélange turbulent et de transfert thermique en présence de vorticité". Nantes, 2010. http://www.theses.fr/2010NANT2032.

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Abstract (sommario):

Cette étude porte sur les phénomènes de mélange turbulent et de transfert thermique dans des échangeurs/réacteurs multifonctionnels (ERM) à générateurs de vorticité. La géométrie des ERM conditionne leur efficacité énergétique en déterminant la structure de l’écoulement. Ainsi, la compréhension fine des mécanismes du mélange turbulent et des transferts convectifs constitue un enjeu fondamental pour l’amélioration de l’efficacité énergétique des ERM. La démarche scientifique est décomposée en deux parties : Tout d’abord, nous étudions l’utilisation de la sonde chimique dans le but de caractériser le micromélange dans des écoulements turbulents continus homogènes. Nous proposons une procédure expérimentale adaptative permettant d’adapter les cinétiques chimiques aux conditions locales de turbulence. De plus, nous définissons un domaine de validité, dépendant des conditions hydrodynamiques au point de mesure, en s’appuyant sur la modélisation physique de l’interaction entre les différentes échelles du mélange. Ensuite, nous étudions le mélange et les transferts thermiques dans trois géométries d’écoulements turbulents en présence de vorticité générée par des perturbateurs insérés dans un tube droit circulaire. Cette étude repose sur des mesures par LDA (laser Doppler anemometry) et de la simulation numérique CFD. Différentes approches physiques sont utilisées : statistique de turbulence, intensité de la vorticité, production d’entropie et synergie des champs. La complémentarité de ces approches permet de proposer une méthodologie afin d’évaluer les performances d’un ERM en régime turbulent
The aim of the present doctoral thesis is the study of turbulent mixing and heat transfer in multifunctional heat exchangers/reactors (MHER) of vortex generator type. The geometry of the MHER strongly influences its energeticefficiency by controlling the flow structure. Thus, understanding of the mechanisms of turbulent mixing and convective heat transfer is a key issue for improving the energetic efficiency of these devices. This work is composed of two main parts: First, we investigate the chemical probe methods, based on a system of parallel-competitive chemical reactions, which are then used to characterize the micromixing in continuous flows. Here, we propose an adaptive experimental procedure to adapt the kinetics of the chemical reactions to the local turbulence. In addition, based on physical modeling of the interaction between the different turbulent mixing scales, we define a domain of validity for this method depending on the hydrodynamic conditions at the probe measurement point. The second part is devoted to the study of the turbulent mixing and heat transfer phenomena in three different turbulent flows in the presence of artificially generated vorticity in a straight circular tube. The tools used in this investigation are the laser Doppler anemometry (LDA) and CFD simulation. Several physical approaches are used to characterize the different mechanisms of turbulent mixing and heat transfer aimed at determining the best configuration of vorticity generation

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Goharzadeh, Afshin. "Étude expérimentale des écoulements spiralés dans le système de Couette-Taylor". Le Havre, 2001. http://www.theses.fr/2001LEHA0005.

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Abstract (sommario):

Ce travail se situe dans le cadre de l'étude de la transition vers la turbulence dans le système de Couette-Taylor (l'écoulement d'un fluide newtonien confiné entre deux cylindres coaxiaux en rotation différentielle) qui peut être soumis à un gradient radial de température. Lorsque les cylindres sont en contrarotation, la première instabilité d'un écoulement isotherme est super-critique et donne lieu à des spirales interpénétrantes. Le motif de ces spirales est décrit par deux équations complexes de Ginzburg-Landau couplées dont nous avons mesuré les coefficients réels en même temps que le coefficient de diffusion de la phase. La seconde instabilité, sous-critique, donne lieu à l'intermittence spacio-temporelle caractérisée par la coexistence de spots turbulents et des zones laminaires, distribués de façon aléatoire dans le temps et l'espace. La dynamique des spots turbulents dépend de la vitesse de rotation des cylindres. Au délà des vitesses de rotation critiques, les spots turbulents se connectent pour former une spirale turbulente dont nous avons étudié la cinématique et la diffusion de la phase. En présence d'un gradient radial de température, dans le cas du cylindre extérieur fixe, la nature et le seuil des instabilités changent. Le couplage des mécanismes de destabilisation d'origine thermique et centrifuge engendre des spirales dont les caractéristiques dépendent du gradient radial de température et de la vitesse de rotation du cylindre intérieur. Nous avons établi le diagramme d'état de ces spirales et mis en évidence les rôles des différents effets, thermique et hydrodynamique, sur l'écoulement.

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Sartor, F. "Instationnarités dans les interactions choc/couche-limite en régime transsonique : étude expérimentale et analyse de stabilité". Phd thesis, Aix-Marseille Université, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01018720.

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Abstract (sommario):

Dans cette étude nous considérons l'interaction entre une onde de choc et une couche limite turbulente dans un écoulement transsonique sur une bosse d'un point de vue expérimentale et théorique, ainsi que dans un écoulement autour d'un profil d'aile. Dans le premier cas, des mesures ont permis de montrer que l'interaction est caractérisée par la coexistence de deux fréquences distinctes, mais l'origine des oscillations basse fréquence est controversée. Des simulations numériques s'appuyant sur les équations RANS permettent une description de l'écoulement moyen, mais ne sont pas capables de reproduire le comportement instationnaire de l'interaction. Nous proposons une étude de stabilité globale : une décomposition en valeurs propres de l'opérateur de Navier-Stokes linéarisé au tour d'un champ de base RANS indique que l'interaction est un phénomène stable, et la dynamique de l'écoulement ne peut pas être décrite par un mode global instable. Nous considérons ensuite une approche linéarisée, où la réceptivité de l'écoulement à un forçage externe est analysée à travers une décomposition en valeurs singulières du Résolvant Global. Cette approche est proposée afin d'expliquer la sélection de fréquence dans cet écoulement, et montre que l'interaction filtre et amplifie le bruit résiduel existant : certaines perturbations sont plus amplifiées dans la couche de mélange, tandis que le choc semble se comporter comme un filtre passe-bas. La même approche est enfin appliquée sur un cas d'écoulement transsonique autour d'un profil d'aile, qui peut présenter des oscillations périodiques de l'onde de choc. La décomposition en valeurs propres de l'opérateur de Navier-Stokes linéarisé est capable de décrire la dynamique instationnaire quand un mode instable est présent. Cependant, la décomposition en valeurs singulières du Résolvant Global peut indiquer la présence des instabilités convectives qui sont responsables du comportement instationnaire à moyenne fréquence de l'écoulement.

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Lalonde, Pierre. "Etude expérimentale d'écoulements gazeux dans les microsystèmes à fluides". Toulouse, INSA, 2001. http://www.theses.fr/2001ISAT0036.

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Abstract (sommario):

Cette étude est axée sur la réalisation d'un banc d'essais spécifique à la mesure de très faibles débits gazeux, et sur une analyse expérimentale d'écoulements gazeux dans des microconduites. A partir d'un certain degré de raréfaction, les débits de gaz sont sous-estimés par la théorie classique de type Navier-Stokes avec des conditions aux limites d'adhérence aux parois. L'objectif est de comparer des résultats expérimentaux d'écoulements gazeux dans des microconduites de sections circulaires et rectangulaires avec des modèles d'écoulements glissants (slip-flow). L'étude est introduite par une analyse bibliographique où quelques microdispositifs fluidiques sont présentés, ainsi que différents modèles d'écoulements glissants, et une revue non exhaustive de moyens de mesures de très faibles débits gazeux. Le banc d'essais est ensuite décrit. Il peut mesurer des débits allant de 10-7 m3s-1 à 5. 10-13 m3s-1, avec des pressions amont ou aval allant de 2. 104 Pa à 4. 105 Pa, et des températures comprises entre 10 ʿC et 40 ʿC. Les microconduites ont été testées avec des écoulements d'air, d'azote ou d'hélium. Les résultats expérimentaux sont comparés à des modèles d'écoulements non glissants et glissants avec des conditions aux limites de sauts de vitesse développés au premier ordre (développement de Maxwell) et au second ordre (développement de Deissler). Le modèle de premier ordre prédit correctement les débits observés pour des nombres de Knudsen de sortie inférieurs à 0,05. Le modèle de second ordre prédit correctement les débits observés pour des nombres de Knudsen de sortie inférieurs à 0,2. Les essais réalisés lors de cette Thèse permettent de constituer un début de banque de données expérimentales. Quelques questions demeurent posées, qui pourront trouver réponse grâce à des essais complémentaires en déterminant notamment les influences de la nature du gaz, de la température, de l'état de surface des matériaux ou encore du rapport de forme de la section des conduites
This work deals with the realisation of an experimental set-up specific to the measurement of very small gaseous flows, and an experimental analysis of gaseous flows in microducts. When the gas becomes rarefied, flowrates are underestimated by the classical theory using the Navier-stokes equations with no-slip velocity boundary conditions at the walls. Our aim is to compare experimental results relative to flows through microducts of circular and rectangular cross sections with theoretical results from slip-flow models. The study is introduced by a bibliographic analysis where some fluidic microsystems are presented, as well as different slip-flow models in terms of boundary conditions adopted by different authors, and a non exhaustive review of very small gaseous flowrate measurement techniques. The experimental set-up is then described. It can measure flowrates from 10-7 m3s-1 to 5. 10-13 m3s-1, with upstream and downstream pressures from 2. 104 Pa to 4. 105 Pa, and temperatures between 10 ʿC and 40 ʿC. The microducts have been tested with air, nitrogen or helium flows. The experimental results are compared with no-slip models and slip-flow models containing slip velocity boundary conditions developed to the first order (Maxwell development) and to the second order (Deissler development). The first order accurately predicts the measured flowrates only for outlet Knudsen numbers smaller than 0. 05. The second order model accurately predicts the measured flowrates for outlet Knudsen numbers smaller than 0. 2. The tests realised during this thesis allow a database of experimental results to be started. These show that several questions remain unanswered, the solution to which may be obtained by carrying out complementary tests to show the influence of the nature of the gas, the temperature, the conditions of the material surface or even the aspect ratio of the channels

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Jarre, Sandrine. "Etude expérimentale des instabilités sur disque tournant". Aix-Marseille 2, 1993. http://www.theses.fr/1993AIX22066.

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Abstract (sommario):

Cette these est consacree a l'etude experimentale de l'instabilite de l'ecoulement au-dessus d'un disque en rotation. Cette instabilite de type inflexionnel, designee sous le nom d'instabilite transversale ou cross-flow, est aussi presente dans l'ecoulement au-dessus d'une aile en fleche. Dans une premiere partie, nous etablissons experimentalement la courbe de stabilite marginale que l'on compare aux resultats theoriques disponibles dans la litterature. La dynamique des ondes d'instabilite est ensuite envisagee a l'aide des courbes de dispersion (liant la frequence aux composantes du vecteur d'onde) determinees experimentalement au moyen de mesures en deux points de la couche limite. Enfin, nous mettons en evidence dans le systeme, l'apparition precoce des effets non lineaires precurseurs de la transition a la turbulence. La deuxieme partie est consacree a l'etude d'un motif tourbillonnaire cree par une excitation initiale d'amplitude finie provoquee par une rugosite ponctuelle de paroi. Les resultats montrent que le systeme etudie possede un comportement non lineaire qui peut etre decrit par le modele d'equation d'amplitude de ginsburg-landau

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Rivoalen, Elie. "Étude numérique et expérimentale de tourbillons de sillage proches d'une surface libre". Le Havre, 1994. http://www.theses.fr/1994LEHA0007.

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Abstract (sommario):

Ce travail a pour objet l'étude numérique et expérimentale d'un appendice de navire et de son sillage situes près de la surface de l'eau. Des méthodes intégrales sont utilisées pour modéliser l'écoulement incompressible de fluide parfait sous la surface libre. Les zones rotationnelles sont modélisées en utilisant une discrétisation particulaire en description lagrangienne du sillage tourbillonnaire. Dans ce cadre des développements théoriques sur le traitement non linéaire du sillage ont été menés. On introduit un premier modèle de diffusion tridimensionnel du rotationnel : il associe un déplacement déterministe des particules suivant la direction donnée par la composante locale du tourbillon et une méthode intégrale suivant les deux autres directions. Un second modèle permet de traiter une perturbation périodique imposée au sillage tourbillonnaire par un traitement asymptotique des différents termes intervenant dans l'équation d'Helmholtz. Ces deux modelés permettent d'ores et déjà d'envisager d'autres applications. L'étude expérimentale de l'écoulement a surface libre près d'un profil immerge en canal hydrodynamique nous a amenés à développer un dispositif optique de mesure de surface libre (mesure locale et non intrusive en régime instationnaire). Les résultats expérimentaux sont en bon accord avec les simulations numériques

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Langlet, André. "Écoulement stationnaire en conduite collabable : étude théorique et expérimentale d'un limiteur de débit". Paris 12, 1992. http://www.theses.fr/1992PA120044.

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Abstract (sommario):

L'etude porte sur la limitation du debit de l'ecoulement stationnaire en conduite collabable avec la pression transmurale amont fixee a zero. Une methode que nous avons publiee dans la houille blanche permet de calculer le coefficient de perte de charge de conduites collabables ecrasees cylindriques en regime laminaire. Une formulation polynomiale plus precise est ensuite proposee, et la loi blasius est utilisee en turbulent. Une etude theorique menee, a partir des theoremes generaux de la mecanique des fluides, de l'equation d'etat (relation pression transmurale-section) d'un tube elliptique uniformement charge, en introduisant un deuxieme coefficient d'energie cinetique qui traduit la variation du coefficient d'energie cinetique relativement a la section, enfin en exprimant les efforts de frottement parietaux avec la formule de darcy-weisbach, conduit au modele de variation de l'aire normalisee dont les parametres de similitude sont clairement definis en regime laminaire et turbulent. La solution complete des ecoulements a pression transmurale amont nulle obtenue est comparee aux courbes caracteristiques de notre montage experimental original, le limiteur de debit, permettant le maintien a zero automatique de la pression transmurale amont

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Robbe-Saule, Manon. "Modélisation expérimentale de génération de tsunami par effondrement granulaire". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS497/document.

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Abstract (sommario):

Des événements géologiques passés ont montré que les glissements de terrain, près des côtes, impliquant des volumes de quelques milliers de mètre cube à plusieurs centaines de kilomètres cube, peuvent provoquer des vagues de tsunami d’une amplitude considérable. La vague générée et l’effondrement représentent tous deux un danger important pour la population et les infrastructures situées sur ou proche des côtes. Une modélisation réaliste nécessite de tenir compte de la nature granulaire du glissement de terrain. Nous avons développé dans ce travail de thèse, une série d’expériences de laboratoire à petite échelle, pour étudier en détail le processus de génération de vague par l’effondrement d’une colonne granulaire, initialement sèche, dans l’eau. Tout un ensemble de paramètres est testé : (1) la masse granulaire impliquée (hauteur, volume, rapport d’aspect, granulométrie et densité), (2) la hauteur d’eau et (3) la configuration géométrique (plan horizontal ou plan incliné). Des expériences quasi-bidimensionnelle en canal rectangulaire, permettent d’enregistrer à la fois l’évolution temporelle de l’effondrement granulaire et celle de la surface libre de l’eau. Nous montrons que le processus de génération des vagues est piloté par la dynamique collective de l’effondrement des grains à la surface de l’eau. Nous identifions une dépendance linéaire claire entre l’amplitude relative de la vague principale et un nombre de Froude défini comme le rapport des vitesses d’avancée du front granulaire et de la vague solitaire. En particulier, l’amplitude de la vague atteint sa valeur maximale pour une profondeur d’eau intermédiaire. Le transfert d’énergie global a montré que seulement quelques pourcents de l’énergie potentielle initiale de la colonne sont transférés à la vague, issus notamment d’une perte d’énergie considérable dans l’effondrement granulaire lui-même. Enfin, nous soulignons la faible influence du diamètre et de la masse volumique des grains dans la génération de la vague. Cela suggère que la masse de l’effondrement est de faible importance par rapport à son volume. Un autre résultat intéressant est la dépendance linéaire de l’amplitude relative de la vague avec le volume immergé du dépôt final. Cette loi nous permet d’estimer l’amplitude de la vague pour des événements passés et potentiels. Malgré les échelles, géométries diverses et variées de ces événements, et l’incertitude des données, cette loi empirique provenant de notre expérience à petite échelle prédit des vagues similaires à d’autres modèles numériques ou expérimentaux
Various past geological events have shown that landslides near coastlines, involving volumes from a few thousand cubic meters to several cubic kilometers, can lead to tsunami waves with significant amplitude. The generated wave and the collapse both represent an important hazard for the population and infrastructure located on or near the coast. Realistic modeling requires considering the granular nature of landslides. Here, we developed a new set of small-scale laboratory experiments to investigate in detail the wave generated by the collapse of an aerial granular column into water. An entire set of parameters are tested: (1) the falling granular mass (height, volume, aspect ratio, grain size and density), (2) the water layer height and (3) the geometrical configuration (horizontal or inclined plane). From quasi-bidimensional experiments in a rectangular channel we record both the time evolution of the granular collapse and of the generated wave. We show that the wave generation process is driven by the collective dynamics of the granular collapse at the water free surface. We identify a clear linear dependence between the relative wave amplitude and a Froude number defined as the ratio of the granular front velocity and the solitary wave velocity. The wave amplitude reaches its maximum value at an intermediate water depth. The total energy transfer shows that only a few percent of the initial potential energy of the column is transferred to the wave, suggesting a considerable energy loss in the granular collapse itself. Finally, we highlight the low influence diameter and density of the falling grain in the generation of the wave. This suggests that the mass of the collapse is of low importance compared to its volume. Another interesting result is the linear dependence of the relative wave amplitude with the relative immersed volume of the final deposit. This allows us to estimate the wave amplitude generated by past or potential events in Nature. Despite the various scales and geometries of these natural events, and the uncertainty of the data, our empirical law, from our small-scale experiment, predicts waves similar to other numerical or experimental models

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Le, Huu Nho Emmanuel. "Etude expérimentale de l'écoulement autour d'une marche descendante en dérapage". Aix-Marseille 2, 1994. http://www.theses.fr/1994AIX22072.

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Abstract (sommario):

Le memoire presente une etude experimentale de l'ecoulement autour d'une marche descendante en derapage. La geometrie a ete choisie pour des applications en aerodynamique automobile, en particulier pour simuler l'ecoulement au niveau de la vitre laterale. Differentes methodes de mesures ont ete utilisees, en particulier l'anemometre laser doppler a 2 composantes et l'anemometre a fil chaud a partir d'une sonde en x tournante, pour les mesures du champs de vitesse tridimensionnel. Cette derniere technique a fait l'objet d'une etude specifique. Des visualisations par emissions de colorants, par depot de particules et a l'aide de brins de laine, ont ete egalement realisees. On a pu, ainsi, mettre en evidence en aval de la marche en derapage, dans l'ecoulement decolle tridimensionnel, un systeme tourbillonnaire double. Il s'agit de deux tourbillons attaches a l'arete de la marche, l'un dans la region d'apex et l'autre a mi-marche. Ces deux tourbillons, en mouvement helicoidal, tournent dans un sens tel que le coefficient d'helicite moyenne est egal a -1, c'est a dire que les vecteurs rotation et vitesse sont opposes. Les resultats obtenus sont en bon accord avec les calculs realises a grenoble par la simulation des grandes echelles. Cette recherche a beneficie du soutien de la direction de la recherche de renault s. A.

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Haji, Sotoudeh Mohammad. "Étude expérimentale et modélisation du couplage hydromécanique de joints rocheux". Lille 1, 1995. http://www.theses.fr/1995LIL10198.

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Abstract (sommario):

Les recherches présentées dans ce mémoire concernent l'étude expérimentale et la modélisation du couplage hydromécanique de joints rocheux. Ce travail peut être décomposé en trois parties. La première partie consiste en la présentation du dispositif expérimental conçu et réalisé au sein du laboratoire de mécanique de Lille. Ce montage nous a permis de travailler sur le comportement hydromécanique d'un joint isolé, très ferme et sous sollicitations normales. L'avantage de notre dispositif par rapport aux montages existants est de connaître l'évolution et la distribution de la pression interstitielle dans le joint. La deuxième étape aborde la présentation des résultats expérimentaux sur trois types de joints rocheux : granite, marbre et schiste. Les résultats obtenus ont permis de déterminer : l'évolution de l'épaisseur de joints, les forces appliquées sur les surfaces des joints durant l'écoulement, l'influence de l'écoulement sur l'ouverture du joint et enfin, de présenter un concept de la pression effective plus adapté aux joints rocheux. Dans la troisième étape, nous avons proposé d'une part une modélisation du couplage hydromécanique sous contrainte et pression interstitielle constante, et d'autre part une modélisation du couplage hydromécanique sous contrainte normale et gradient hydraulique. D'après ces modèles nous avons pu mettre en évidence la non-linéarité des courbes de perte de charge hydraulique due à la variation de l'ouverture et la surface en contact.

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Musielak, Marion. "Etude numérique et expérimentale des transferts de Composés Organiques Volatils du sol à l'air ambiant, en passant au travers du béton". Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00753550.

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Abstract (sommario):

Cette thèse fait partie du projet FLUXOBAT (ANR-PRECODD 2008), qui a pour objectif global de développer une méthodologie robuste et fiable d'estimation des transferts de Composés Organiques Volatils (COV) du milieu souterrain vers l'air intérieur et extérieur. Ce travail concerne l'étude à l'échelle du laboratoire des transferts d'un COV type, le trichloréthylène (TCE), au travers d'un sol modèle (sable) et surtout du béton, en conditions isothermes et pour des milieux secs. Les moyens utilisés sont la modélisation numérique et une série d'expériences en laboratoire. Une étude préliminaire reproduisant des expériences existant dans la littérature dans le sable uniquement, a tout d'abord permis de mettre en place les outils expérimentaux et numériques nécessaires à la modélisation du problème, avant la réalisation de l'étude sur le matériau béton, bien plus complexe. L'étude des transferts dans le béton a été divisée en plusieurs étapes. Dans un premier temps, les transferts dans la pâte de ciment, plus homogène, ont été caractérisés. En particulier, la valeur du coefficient de sorption du TCE dans ce matériau a été obtenue à l'aide du suivi expérimental de la réponse à un " pulse " de polluant. Puis, les paramètres caractéristiques (porosité, perméabilité, ouverture des fissures, coefficient de diffusion effectif) des échantillons tests de " béton complet " ont été mesurés. Un protocole de caractérisation complète des galettes de béton a été mis au point, associé à la création d'un dispositif permettant la mise en place d'expériences de transferts du TCE (composé dont l'étude est complexifiée par son caractère particulièrement agressif) et applicables à tout milieu poreux consolidé. La problématique de l'hétérogénéité du béton, due à la présence de granulats et de fissures, a été traitée afin de proposer des équations de transfert moyennées donnant une meilleure description des transferts. Les conditions d'un cas de pollution " réel " ont été reproduites à l'échelle du laboratoire, sur un modèle réduit, dans une colonne de sable surmontée d'une galette de béton et d'une cavité en dépression représentant un bâtiment, pour étudier les transferts de TCE et valider la caractérisation développée dans l'étude. Les expériences de transferts réalisées sont reproductibles, ont été interprétées numériquement (sous Comsol multiphysics®), et ont permis de confirmer la pertinence de la simulation des transferts à l'aide de la caractérisation développée dans cette étude. Ce travail a permis de mettre, en particulier, en évidence l'importance de la caractérisation fine du béton, dont les propriétés et l'hétérogénéité sont des facteurs très influents sur les transferts, qui ne peuvent pas être décrits correctement avec des modèles analytiques simplifiés. Les résultats comportent l'estimation des paramètres caractérisant les transferts de COV dans le béton, et une compréhension fine des transferts du TCE dans ce matériau.

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Habli, Sabra. "Etude numérique et expérimentale de jets libre ou impactant une plaque plane chauffée". Aix-Marseille 2, 2002. http://www.theses.fr/2002AIX22086.

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Nobili, Clément. "Etude expérimentale de l'instabilité de précession dans un sphéroïde". Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0273.

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Abstract (sommario):

La nature de l’écoulement dans le noyau externe liquide de la Terre et d’autres planètes telluriques intéresse les géophysiciens depuis des siècles. Il joue un rôle important dans les échanges entre le noyau et le manteau et il est aussi à l’origine du champ magnétique. Le mouvement de précession de la Terre, documenté depuis Hipparque au II ème siècle avant J-C applique des forces susceptibles d’entraîner des écoulements de structures complexes dans le noyau externe. Des mesures expérimentales sont conduites dans le cas modèle d’un sphéroïde en précession. L’écoulement est visualisé à l’aide de particules plates réfléchissantes, permettant une étude pour une large gamme de paramètres. L’écoulement est ensuite déterminé précisément par des mesures PIV. Deux solutions de rotation solide très inclinées conformes à la théorie de Busse (1968) font apparaître deux transitions vers des écoulements turbulents lorsque le nombre d'Ekman diminue. Toutes deux laissent apparaître des instabilités où des modes inertiels sont couplés par résonance triadique. La première instabilité est similaire à celle décrite dans la sphère en précession et appelée Conical Shear Instability par Lin et al. (2015). La seconde instabilité présente les caractéristiques de la CSI avec des modes inertiels de faibles nombres d’ondes azimutaux, mais aussi les caractéristiques de l'instabilité elliptique (Lacaze 2004). Enfin, une troisième zone d’instabilité est observée et mesurée dans le cas d’une précession prograde autour d’une fréquence de précession caractéristique
The nature of the flow in the liquid core of the Earth and other telluric planets is a matter of interest for geophysicists since centuries. It plays an important role in the exchanges between the core and the mantle and is also the source of the magnetic field. The precession of the Earth, studied since Hipparque around the 2nd century B.C. is able to drive complex flows in the outer core. Experimental measurements are conducted in the model case of a precessing spheroid. The flow is visualised with flat reflective particles, which allow a study over a broad range of parameters. The flow is then accurately characterised with PIV measurement. Two solutions of solid body rotation well predicted by Busse theorie (1968) show two transitions to turbulence when the Ekman number decreases. Both transitions show instabilities where inertial modes are coupled by a triadic resonance. The first instability is similar to the one described in a precessing sphere and called Conical Shear Instability (CSI) by Lin et al. (2015). The second instability presents the characteristics of the CSI with inertial modes of low azimuthal wave number but also the characteristics of the elliptic instability (Lacaze 2004). Finally, a third region of instability is observed and measured in the case of prograde precession around a characteristic precession frequency

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Creppy, Adama Kpatagnon. "Analyse expérimentale de la dynamique de nage des spermatozoïdes". Phd thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://oatao.univ-toulouse.fr/14477/1/creppy.pdf.

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Abstract (sommario):

Les microorganismes présentent des comportements collectifs qui émergent des interactions qui se produisent à l’échelle individuelle. Dans le cas des suspensions concentrées (fraction volumique > 50%) les effets stériques deviennent dominants. C’est le cas du sperme de bélier sur lequel cette étude a principalement porté. Nous avons étudié certains aspects hydrodynamiques liés à la rhéologie du sperme et à la rhéotaxie. Nous montrons un comportement rhéo-fluidifiant en loi de puissance du liquide séminal reproductible d’un in- dividu à l’autre. Nous avons aussi mis en évidence qu’un contrôle chimique peut fortement affecter le comportement rhéotactique des spermatozoı̈des chez l’ovin et chez l’homme. Nous avons par ailleurs étudié la dynamique collective de la semence confinée dans des chambres d’épaisseur contrôlée en apportant des éclaircissements sur l’origine et la caractérisation du comportement turbulent observé. Nos résultats montrent que certaines caractéristiques de la turbulence bidimensionnelle se manifestent (loi de puissance du spectre d’énergie des vitesses, loi de séparation des traceurs passifs) que nous interprétons comme résultant d’une stratification laminée de l’écoulement par les interactions stériques à forte concentration. Enfin, nous avons développé et breveté un système micro-fluidique dans lequel une mise en rotation spontanée de la semence apparaı̂t. Nous avons analysé ce phénomène et l’avons relié à une transition de phase d’orientation cohérente avec une modélisation de type Self-Organized-Hydrodynamics. De plus nos résultats montrent une bonne corrélation entre la vitesse de rotation et la note de mobilité massale, donnant des perspectives d’applications pour la prédiction de la fertilité à ce dispositif.

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Beaudet, Laurent. "Etude expérimentale et numérique du décrochage dynamique sur une éolienne à axe vertical de forte solidité". Phd thesis, Université de Poitiers, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01058929.

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Abstract (sommario):

L'éolienne Darrieus connaît un intérêt accru ces dernières années parce qu'elle représente une solution alternative potentielle de production d'électricité dans les milieux urbains. En particulier, une éolienne de forte solidité peut être choisie car certaines de ses propriétés peuvent être avantageuses pour son implantation proche de zones habitées. A l'inverse, certaines difficultés aérodynamiques émergent. Ce type d'éolienne fonctionne à de faibles vitesses réduites pour lesquelles le décrochage dynamique a un rôle très significatif. L'objectif de ce travail de thèse consiste à compléter la connaissance du phénomène de décrochage dynamique sur une éolienne à axe vertical afin d'améliorer les modèles numériques de prédiction existants. Cette étude s'appuie sur une analyse combinée de résultats numériques et expérimentaux. Les simulations numériques sont produites avec une méthode des panneaux bidimensionnelle instationnaire. Les effets de la viscosité sont introduits par des corrections utilisant notamment un modèle semi-empirique de décrochage dynamique. Le travail expérimental s'est concentré sur la dynamique tourbillonnaire à proximité immédiate du rotor résultante du décrochage dynamique. Le montage se compose d'une éolienne à pale droite placée dans une soufflerie. Des mesures instationnaires de la répartition de pression pariétale le long de la corde et des mesures de champ de vitesse par vélocimétrie par images de particules ont été accomplies. Les résultats révèlent la manière dont les caractéristiques du décrochage dynamique sont conditionnées par la vitesse réduite. Le retard au décrochage, l'intensité de l'effet du tourbillon de décrochage dynamique et sa convection ont été quantifiés. Enfin, un examen critique de l'applicabilité du modèle de Leishman-Beddoes pour simuler efficacement les effets du décrochage dynamique a été réalisé.

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Caussanel-Laurent, Odile. "Agitation industrielle de fluides visqueux newtoniens et pseudoplastiques : approches expérimentale et numérique". Toulouse, INPT, 1990. http://www.theses.fr/1990INPT008G.

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Abstract (sommario):

Cette etude a pour objet l'agitation par des mobiles industriels de fluides visqueux newtoniens et pseudoplastiques. Le regime d'ecoulement est laminaire. Les mobiles industriels sont de deux types: un agitateur a ancre et une vis helicoidale avec tube de guidage. L'agitateur a ancre est etudie dans une cuve a fond conique. La vis helicoidale avec tube de guidage est etudiee dans une cuve a fond plat ou conique. L'etude de l'agitateur a ancre est abordee experimentalement et numeriquement. Une etude globale de l'agitateur est realisee en utilisant des mesures de couple pour la determination des caracteristiques de puissance en milieu pseudo-plastique et newtonien et une methode de coloration-decoloration pour la determination du temps de melange. Les vitesses locales sont obtenues par anemometrie a film chaud. Les ecoulements tangentiel-radial et axial-radial sont etablis pour un regime d'ecoulement. L'etude montre qu'une variation du nombre de reynolds influe peu sur ces deux ecoulements. Un code de calcul base sur une methode d'elements. Finis est developpe pour resoudre les equations de navier-stokes en regime laminaire sur le domaine bidimensionnel que represente la section transversale d'une cuve agitee par une ancre. Ce mode de calcul est applique a la simulation de l'ecoulement tangentiel-radial genere par l'agitateur de dimensions industrielles. La comparaison avec les resultats experimentaux est satisfaisante. L'agitateur a vis helicoidale avec tube de guidage est d'abord etudie dans une cuve a fond plat. L'etude globale experimentale de ce dispositif est faite suivant le protocole adopte pour l'agitateur a ancre. Les ecoulements externe au tube de guidage et de retour dans le tube de guidage sont donnes. Les influences de la rheologie et du nombre de reynolds sont etudiees. Les effets du tube de guidage et de la forme du fond de la cuve sont mis en evidence. Une comparaison des differents types d'agitateurs etudies est proposee

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Roches, Pascal. "Étude expérimentale d'un écoulement turbulent non-cisaillé soumis à un gradient thermique". Toulouse, INPT, 2000. http://www.theses.fr/2000INPT050H.

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Abstract (sommario):

Le pré-traitement statistique utilisé pour simplifier le modèle mathématique complet des écoulements turbulents à masse volumique variable peut être effectué de différentes manières. Des études antérieures, portant sur ce sujet, ont mis en évidence le rôle central des flux turbulents de masse au niveau des différences qui résultent de l'utilisation de la moyenne de Favre ou de la moyenne centrée. Le but de ce travail est donc d'améliorer, par l'observation, la compréhension des mécanismes régissant les écoulements turbulents à masse volumique variable. Nous avons donc défini une configuration expérimentale amplifiant les effets de densité au détriment de ceux de la dynamique. La mesure des flux turbulents de masse nécessite l'acquisition simultanée de la vitesse et de la température à une fréquence élevée. Un examen de la métrologie actuelle nous a aidé à choisir le système de mesure adéquat pour atteindre nos objectifs. Le dépouillement de nos résultats nous a permis de mettre en évidence les mécanismes liant les effets de densité à ceux de la dynamique de l'écoulement. Plus particulièrement, nous avons montré que l'influence des flux turbulents de masse sur le comportement des écoulements compressibles est négligeable.

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Parezanovic, Vladimir. "Etude expérimentale de la sensibilité des propriétés globales du sillage turbulent de corps non profilés à des perturbations stationnaires". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00670537.

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Abstract (sommario):

La sensibilité des propriétés globales d'un sillage turbulent derrière un cylindre en forme de "D" est étudiée expérimentalement. Un petit cylindre de contrôle (de forme et de diamètre variable) est inséré dans le sillage pour créer une perturbation locale. Un ensemble de mesures basé sur de l'anémométrie à fil chaud et vélocimétrie par images de particules est mis en oeuvre pour obtenir des informations locales et globales du sillage turbulent. Les forces aérodynamiques agissant sur le cylindre principal sont dérivées de mesures de pression autour de son périmètre. Les résultats sont présentés sous la forme de cartes de sensibilité du nombre de Strouhal et la pression de base. La sensibilité des propriétés globales est interprétée par la capacité de la perturbation locale à changer la taille de la région de formation de l'allée de Kármán en agissant principalement sur les propriétés turbulentes de la couche de mélange perturbée. Les mécanismes physiques correspondants sont discutés pour interpréter les origines de réduction de traînée et la modification de fréquence globale. L'impact de la perturbation sur les propriétés 3D du sillage est examiné par corrélation de vitesse à deux points et visualisation. Les configurations bi-stable de l'écoulement pour certaines positions du cylindre de contrôle sont étudiées.

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Boussafeur, Kaci. "Étude expérimentale de l'écoulement turbulent pariétal produit par l'impact d'un jet frappant normalement un disque coaxial en rotation". Lille 1, 1989. http://www.theses.fr/1989LIL10011.

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Pous, Frédéric. "Etude expérimentale et théorique de l'interaction aérodynamique entre un tourbillon d'extrémité d'aile et une surface portante en oscillation". Aix-Marseille 2, 1989. http://www.theses.fr/1989AIX22031.

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Abstract (sommario):

Cette thèse s'inscrit dans le cadre des études sur l'interaction tourbillon-surface portante, que l'on rencontre dans l'aérodynamique des voilures tournantes. Les travaux effectués sous le double aspect expérimental et théorique, visent à caractériser les effets instationnaires engendrés par un tourbillon d'extrémité sur un profil aval bidimensionnel oscillant en mouvement de tamis longitudinal. Dans un premier temps, l'étude expérimentale complète du tourbillon d'extrémité émis par la demi-aile montre que les caractéristiques instantanées de celui-ci sont fortement modifiées par l'oscillation du profil aval. Dans un deuxième temps, le comportement global, ainsi que les grandeurs locales sur le profil recepteur, sont évalués expérimentalement. En régime non décollé l'effet principal de l'interaction se situe sur le coefficient de moment, tandis que le décrochage dynamique reste prépondérant pour les grandes incidences géométriques. Sur le plan théorique, le code de calcul, repose sur la méthode des singularités, couplée à une configuration de nappe plane et rigide, formée de tourbillons en fer à cheval. L'influence réciproque du recepteur sur l'émetteur est introduite par l'intermédiaire de la loi expérimentale d'évolution de la circulation du tourbillon émis. Des confrontations calcul-expérience ont été réalisées dans différentes configurations d'écoulement en régimes stationnaire ou instationnaire et les résultats de ces confrontations montrent un bon accord, principalement sur les grandeurs instantanées

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Ahd, Mohamed. "Etude expérimentale du développement du sillage d'un cylindre circulaire placé en amont d'un corps d'arrêt". Poitiers, 1994. http://www.theses.fr/1994POIT2294.

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Abstract (sommario):

On etudie experimentalement le developpement du sillage d'un cylindre circulaire en aval duquel se trouve un corps d'arret (cylindrique ou plan). Ce sillage est tout d'abord etudie dans les conditions ou celui-ci est le siege d'une allee de von karman. La comparaison des mesures effectuees lorsque le sillage se developpe dans un ecoulement uniforme et en presence d'un corps d'arret montre que la presence de ce dernier est responsable d'une diminution de la frequence et de la duree de vie de l'allee tourbillonnaire de von karman. Cette diminution est d'autant plus importante que la distance entre le cylindre produisant le sillage et le corps d'arret est faible, c'est-a-dire que le taux d'etirement de l'ecoulement dans lequel le sillage se developpe est grand. L'analyse du champ d'ecoulement entre la region de disparition de l'allee de von karman et le corps d'arret montre que cette region de l'espace est occupee par deux rouleaux contra-rotatifs instationnaires se formant et se detruisant alternativement. On recherche ensuite de maniere systematique les conditions critiques pour lesquelles de telles structures tourbillonnaires a grande echelle prennent naissance au voisinage du corps d'arret. Ces conditions critiques sont precisees comme fonction de la vitesse d'attaque de l'ecoulement sur le cylindre produisant le sillage, du diametre de celui-ci, de la distance separant le cylindre du corps d'arret et de la geometrie de ce dernier (cylindre ou plan). Les conditions critiques obtenues pour la formation de structures a grande echelle au voisinage du corps d'arret, montrent que celles-ci sont totalement independantes de l'existence prealable d'une allee de von karman. Lorsque ces structures existent, trois regimes pour l'ecoulement sont mis en evidence: i) un ecoulement constitue de deux structures contra-rotatives stationnaires dont la taille est une fonction croissante du nombre de reynolds du cylindre; ii) un ecoulement instationnaire ou les deux structures se forment, ont une phase de croissance, puis se detruisent alternativement de maniere periodique; iii) un ecoulement instationnaire ou le cycle precedent devient aleatoire. Ces resultats sont analyses du point de vue des theories existantes sur l'amplification (ou l'amortissement) d'une perturbation dans un ecoulement a point d'arret

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Desevaux, Philippe. "Contribution à l'étude expérimentale d'un éjecteur à flux induit". Besançon, 1994. http://www.theses.fr/1994BESA2072.

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Abstract (sommario):

Ce travail concerne l'analyse expérimentale d'un éjecteur à air induit. L'étude bibliographique révèle que l'analyse globale du fonctionnement de l'éjecteur a été largement privilégiée au détriment de l'analyse locale de l'écoulement. Aussi, après un bref examen du fonctionnement de l'éjecteur afin d'en caractériser ses performances et de vérifier l'établissement du régime mixte dans nos conditions d'expérimentations, nous nous concentrons sur l'analyse locale de l'écoulement. Cette étude expérimentale est conduite par mesure de la pression statique et visualisation de l'écoulement. En ce qui concerne la mesure de la pression, la conception d'un système mobile de mesure de la pression interne par tube d'exploration axiale permet de suivre la détente du jet primaire le long de l'axe de la tuyère motrice, ainsi que la recompression du mélange dans la tuyère secondaire. Pour ce qui est de l'analyse optique de l'écoulement, plusieurs techniques de visualisation par nappe laser, se différenciant suivant le mode d'éclairage, l'état de polarisation de la lumière incidente et la nature de l'ensemencement, sont développés afin de visualiser le système de pseudo-choc primaire, les structures turbulentes de l'écoulement et la zone sans mélange. Les principaux résultats issus des différentes expérimentations présentent une cohérence remarquable, et permettent de suivre l'influence des conditions génératrices sur les processus des recompression et de mélange au sein de l'éjecteur. Il apparaît ainsi que la recompression est d'autant plus difficile que le taux d'entraînement augmente, et que le mélange des fluides moteur et induit est totalement achevé dès la fin du système de pseudo-choc primaire. A l'aide de ces résultats, un dimensionnement rigoureux de la longueur de la chambre de mélange est alors possible. Les mesures de pression et les visualisations de l'écoulement en sortie de tuyère motrice mettent également en évidence le passage du régime mixte sans séparation. Enfin, nous proposons une rapide confrontation de nos résultats expérimentaux avec des résultats issus de diverses simulations numériques
This work is concerned with the experimental investigation of an induced air ejector. The bibliographic review reveals that the global analysis of the working of ejectors has been widely privileged to the detriment of the local investigation of the flow. Therefore, after a brief study of the working of the ejector, with the aim to evaluate its performance and to verify the establishment of a mixed flow pattern (supersonic-subsonic) under our experimental conditions, we concentrate our attention on the local investigation of the flow. This experimental investigation is carried out by static pressure measurements and flow visualizations. With regard to the pressure measurement, a sliding measuring system for the centreline static pressure is developed for determining continuously the pressure distribution along the centreline of the ejector. Concerning the optical investigation of flow, several flow visualization methods using laser sheet illumination techniques, are developed in order to visualize the primary pseudo-shock system, the turbulent structures of the flow and the non mixing region. The main results obtained by the different experimentations allow the study of the influence of various operating conditions on the recompression and mixing processes in the ejector. In particular, it appears that the recompression is more difficult to achieve at high values of the entrainment ratio, and that the mixing of the two fluids is completely accomplished as soon as the primary pseudo-shock structure is vanished. Issues related to the mixing tube design are also addressed by this experimental investigation. Static pressure measurements and flow visualizations at the primary nozzle exit also permit the detection of the appearance of the mixed flow pattern with separation. Finally, we present a brief confrontation of our experimental results with results given by various numerical simulations

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De, Souza Fenella. "Etude expérimentale de l'interaction sillage/paroi dans une couche limite turbulente manipulée par un cylindre circulaire". Poitiers, 1996. http://www.theses.fr/1996POIT2388.

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Abstract (sommario):

Une couche limite incompressible, turbulente et manipulee par un cylindre circulaire est etudiee principalement a l'aide de mesures par anemometrie a fils chauds. On espere ainsi elucider les mecanismes conduisant a la dissimilitude, entre les transferts de quantite de mouvement et de chaleur, qui se produit dans les zones proche et intermediaire du sillage du manipulateur, violant l'analogie de reynolds. Les bilans des equations de transport de l'energie cinetique et des tensions de reynolds turbulentes revelent que les deux types d'ecoulements impliques dans l'interaction sillage/couche limite imposent leur influence sur des processus d'energie distincts. Une difference notee entre les processus de production et de transport d'energie est reliee a la dissimilitude. Par la suite, l'organisation de grande echelle est etudiee. A partir de mesures par peignes de fils chauds, on effectue des pseudo-visualisations, une analyse spectrale ainsi qu'une analyse conditionnelle. Trois techniques conditionnelles sont mises en uvre: le calcul de moyennes conditionnelles base sur la detection wag (window average gradient), et deux techniques de filtrage du champ de vitesse instantane, basees respectivement sur la decomposition spectrale du signal, et sur la decomposition temps-frequence par l'analyse en ondelettes. Ces techniques montrent l'importance de la dominance des tourbillons de vorticite negative generes au dessus du cylindre. Ces derniers contribuent a la reduction du frottement parietal et a l'augmentation du transfert de chaleur, et sont ainsi trouves etre en grande partie responsables de la dissimilitude. En outre, la technique du filtrage spectral autorise une analyse du bilan d'energie cinetique en decomposition triple, qui permet de confirmer ces observations. Enfin, on developpe un modele simplifie du proche sillage du manipulateur par une serie de tourbillons potentiels, afin de valider et de completer les resultats experimentaux. Cette modelisation s'est averee prometteuse

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Faure, Thierry. "Étude expérimentale de sillage turbulent d'un corps à symétrie de révolution autopropulsé par hélice". Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 1995. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00911048.

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Abstract (sommario):

Un sillage est la zone de perturbations turbulentes que laisse derrière lui tout corps en mouvement dans un fluide. Parmi les sillages de corps profilés auxquels on s'intéresse ici, il convient de différencier les sillages de traînée, des sillages de corps propulsés. Dans ce dernier cas, la connaissance des caractéristiques de l'écoulement présente un intérêt certain pour la détection des véhicules. L'objectif de cette étude est d'apporter les informations expérimentales les plus complètes possibles sur l'évolution du champ de vitesse. Pour cela nous avons mis en place une expérience en soufflerie aérodynamique. Le nombre de Reynolds calculé à partir de la vitesse de l'écoulement amont et du diamètre de la maquette est de 5,8.104. Un système d'acquisition automatisé des trois composantes du vecteur vitesse instantanée qui utilise une sonde anémométrique à films chauds triples a été développé spécialement. Une exploration axiale comparative entre les sillages pur et autopropulsé du même corps est effectuée pour un vaste domaine qui s'étend du sillage proche au sillage lointain (de 0,2 à 50 diamètres de maquette en aval du corps) ce qui constitue un ensemble très complet de données. La connaissance de toutes les caractéristiques temporelles du champ de vitesse permet de disposer : - des trois composantes de la vitesse moyenne - des six composantes du tenseur de Reynolds - des moments d'ordre 3 de la vitesse - des densités spectrales de puissance selon les directions axiale, radiale et tangentielle - des trois composantes de la vitesse moyenne et des six composantes du tenseur de Reynolds, analysés en phase avec la rotation de l'hélice. Un résultat original de cette étude est la mise en évidence expérimentale de l'existence d'une affinité pour un sillage lointain de corps autopropulsé par hélice. Cependant, les lois d'évolution fournies par l'analyse des équations du mouvement et reposant sur la distinction entre deux régimes extrêmes d'écoulement ne paraît pas justifiée expérimentalement. Nous avons déterminé tous les termes de l'équation d'énergie cinétique turbulente accessibles à la mesure. On a ainsi pu montrer l'affinité des échanges turbulents en champ lointain dans les deux configurations. Pour le sillage de corps autopropulsé par hélice, le fait que la production d'énergie cinétique turbulente soit négligeable dans la zone affine est un résultat expérimental important. En reprenant l'analyse dimensionnelle du problème et en ajoutant à l'approximation dite de la " couche limite " la condition d'autopropulsion, on montre que ce terme de production est effectivement négligeable devant les autres. Dès la zone intermédiaire, la forme de la densité spectrale de puissance relative se conserve selon une direction radiale, en sillage pur ou autopropulsé. Cela traduit la conservation en proportion de la répartition de l'énergie entre les différentes structures turbulentes. Dans le cas du sillage autopropulsé, l'analyse des densités spectrales de puissance met en évidence un signal " large bande " auquel viennent s'ajouter des raies spectrales. La zone de sillage proche, jusqu'à deux diamètres en aval de la maquette, est très fortement marquée par ces phénomènes d'excitation induits par le passage périodique des pales. Ce constat nous a conduits à effectuer un traitement statistique de la vitesse en phase avec la rotation de l'hélice. On a obtenu une visualisation des structures organisées de l'écoulement présentes pour une région qui s'étend jusqu'à deux diamètres du corps en aval de celui-ci.

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