L'ETUDE DES ECOULEMENTS DIPHASIQUES EST NECESSAIRE POUR EVALUER LES PERFORMANCES D'UN GRAND NOMBRE DE SYSTEMES INDUSTRIELS DANS LE DOMAINE DU GENIE CHIMIQUE, THERMIQUE OU ENCORE NUCLEAIRE. NOTRE ETUDE A POUR BUT DE CONNAITRE L'EVOLUTION DE L'ECOULEMENT DIPHASIQUE EN CONFIGURATION DE TYPE ANNULAIRE DISPERSEE LORS DE SON PASSAGE DANS UNE TUYERE CONVERGENTE. POUR LES CONDITIONS D'EXPERIENCES REALISEES PAR LEMONNIER & CAMELO CAVALCANTI (1993) ET SELMER OLSEN (1991) DANS LE CAS D'INJECTION ANNULAIRE DE LIQUIDE, ET EN RAISON DE L'ETAT ACTUEL DES CONNAISSANCES DANS LE DOMAINE DE LA MODELISATION, NOUS NOUS SOMMES INTERESSES A L'ELABORATION DE MODELES SIMPLES D'ECOULEMENTS MONODIMENSIONNELS ET PERMANENTS. LES PROBLEMES RENCONTRES DANS LA MODELISATION MATHEMATIQUE DES ECOULEMENTS DIPHASIQUES SONT NOMBREUX ET DE NATURE COMPLEXE. PLUS PARTICULIEREMENT, LES DIFFICULTES RESIDENT EN L'EXPRESSION DES LOIS DE COMPORTEMENT CORRESPONDANT AUX DIVERSES INTERACTIONS AUX INTERFACES ET AUX PAROIS ET QUI SONT ETABLIES GENERALEMENT DE MANIERE EMPIRIQUE. NOTRE DEMARCHE A CONSISTE A CONSIDERER D'ABORD LES CONFIGURATIONS LIMITES DE LA CONFIGURATION ANNULAIRE DISPERSEE AVANT D'ABORDER PROGRESSIVEMENT SA MODELISATION COMPLETE. UN TEL PROCEDE PERMET DE METTRE EN EVIDENCE LA NECESSITE DE MODELISER LES MECANISMES D'ENTRAINEMENT ET DE DEPOSITION AFIN D'ARRIVER A UNE MEILLEURE COMPREHENSION DES ECOULEMENTS DIPHASIQUES DE TYPE ANNULAIRE DISPERSE

Ce travail porte sur la simulation d'écoulements dans des circuits de procédés et de sécurité avec le logiciel speedUp, en vue de l'étude des pertes de charge en régime dynamique. Il s'intéresse particulièrement au cas d'un réseau de torche qu'on souhaite pouvoir examiner depuis l'amont jusqu'a la torchère. En se basant sur les différents régimes d'écoulements pouvant exister dans un réseau de torche, on a élaboré différents modèles d'écoulement unidimensionnel à partir des équations de bilan et d'une thermodynamique élaborée. Partant de l'analyse unidimensionnelle de l'écoulement dans une canalisation, on a examiné la modélisation d'écoulements lents et rapides, monophasiques et diphasiques, stationnaires et transitoires. Cette modélisation a été étendue a des interconnexions de canalisations. A cette occasion, on a pu élaborer de nouveaux modèles de soupapes. On décrit des difficultés de modélisation au niveau de la conception de modèles et de la convergence de simulations. Pour une modélisation dynamique, on examine notamment le problème d'indice de nilpotente et son traitement par une méthode algorithmique. Lors de l'examen de cas d'application des modèles, on expose différentes méthodes qui permettent de faciliter la convergence de la simulation. La validation industrielle de la modélisation a été rendue difficile par des facteurs tels que des topologies évoluées et un manque relatif de mesures. L'étude s'appuie alors sur des résultats complémentaires de la littérature et de simulations indépendantes. L'examen de cas industriels démontre cependant l'utilité de la simulation dynamique dans l'examen des effets, parfois inattendus, de perturbations.

CE TRAVAIL DE THESE EST CONSACRE A L'ETUDE D'ECOULEMENTS EN CONDUITE AVEC TRANSFERT DE MASSE ET DE CHALEUR. ON CONSTRUIT D'ABORD UN MODELE MONOPHASIQUE QUI TIENT COMPTE DE LA GEOMETRIE DE L'INSTALLATION INDUSTRIELLE (TUBES VERTICAUX DESCENDANTS ET ASCENDANTS). L'APPORT DE CHALEUR EST UNE DONNEE EXPERIMENTALE. LES VARIABLES PHYSIQUES SONT CALCULEES NUMERIQUEMENT LE LONG DE L'ECOULEMENT, ET REPRESENTEES GRAPHIQUEMENT. AINSI A PARTIR DES CONDITIONS A L'ENTREE, NOUS POUVONS CONNAITRE L'EVOLUTION DES VARIABLES PHYSIQUES LE LONG DU TUBE. DANS UN SECOND TEMPS, APRES AVOIR DONNE QUELQUES DEFINITIONS CONCERNANT LES ECOULEMENTS DIPHASIQUES ET LE FORMALISME QUI CONDUIT A L'ECRITURE DES EQUATIONS, NOUS PRESENTONS UN MODELE TENANT COMPTE DE LA PHYSIQUE PARTICULIERE DE L'ECOULEMENT CONSIDERE. LA MODELISATION DE CERTAINS TERMES A ETE FAITE: ON A PU AINSI DONNER UNE EXPRESSION DE LA DENSITE DE FORCE INTERFACIALE DANS LE CAS OU IL Y A UN TRANSFERT DE MASSE ET DE CHALEUR. ENSUITE UN MODELE DIPHASIQUE UNIDIRECTIONNEL (D-U) A ETE CONSTRUIT. L'ETUDE NUMERIQUE DE CE MODELE EN SITUATION STATIONNAIRE EST FAITE DANS LES DEUX CAS SUIVANTS: SANS TRANSFERT ET AVEC TRANSFERT DE MASSE DE CHALEUR. NOUS AVONS SIMULE PLUSIEURS ECOULEMENTS EN FONCTION DES PARAMETRES QUE SONT LA CONCENTRATION INITIALE DES BULLES, LE DIAMETRE DES BULLES, LE COEFFICIENT DE FROTTEMENT A LA PAROI ET LE PARAMETRE INTERVENANT DANS L'EXPRESSION DE LA FORCE DE MASSE AJOUTEE. L'INFLUENCE DE CES PARAMETRES SUR L'EVOLUTION DES VARIABLES PHYSIQUES LE LONG DE LA CONDUITE A ETE ETUDIE. LE MODELE DIPHASIQUE (D-U) A MONTRE SES LIMITES POUR DES BULLES DE PETITE TAILLE. DE PLUS CETTE ETUDE PERMET DE PREDETERMINER LES CONDITIONS DE SORTIE D'UN ECOULEMENT EN FONCTION DES CONDITIONS D'ENTREE

CETTE ETUDE COMPORTE DEUX PARTIES DISTINCTES: LA PREMIERE PARTIE CONCERNE LA MODELISATION MONODIMENSIONNELLE INSTATIONNAIRE D'UN ECOULEMENT DIPHASIQUE DE VAPEUR D'EAU DANS LEQUEL ON INJECTE DES PARTICULES LIQUIDES OU SOLIDES, DANS UNE TUYERE CONVERGENTE-DIVERGENTE. LE SCHEMA NUMERIQUE DE MACCORMACK EST UTILISE POUR RESOUDRE LE SYSTEME D'EQUATIONS OBTENU, ET PERMET LA MISE EN EVIDENCE DES MODIFICATIONS SUBIES PAR L'ECOULEMENT DE VAPEUR LORS DE L'INJECTION DES PARTICULES AINSI QUE LA DESCRIPTION DE LA PHASE TRANSITOIRE ET DU REGIME STATIONNAIRE OBTENUS. LA DEUXIEME PARTIE, EST CONSACREE A L'ETUDE D'UN ECOULEMENT STRATIFIE DE VAPEUR D'EAU SE CONDENSANT EN FILM MINCE SUR LA PAROI INFERIEURE D'UN CONDENSEUR DE SECTION CONSTANTE. UNE MODELISATION NUMERIQUE MONODIMENSIONNELLE STATIONNAIRE EST REALISEE, ET LES RESULTATS OBTENUS SONT EN BON ACCORD AVEC DES DONNEES EXPERIMENTALES POUR DIVERS DEBITS DE VAPEUR UTILISES.

Une bonne compréhension du traitement du phénomène de l'eutrophisation par l'aération passe par une modélisation diphasique (eau-bulles d'air) dont l'utilisation pose d'énormes difficultés. Dans ce travail, nous présentons deux modèles simplifiés dont l'idée consiste à étudier l'écoulement de la phase eau et tenir compte de l'effet des bulles, d'une part, pour le premier modèle, par le biais d'une condition aux limites au niveau de l'injecteur et d'autre part, pour le second modèle, en ajoutant des termes de corrections diphasiques. Numériquement, on combine la méthode des caractéristiques pour la discrétisation temporelle et la méthode des éléments finis P1+bulle P1 pour l'approximation spatiale. Des résultats numériques sont présentés sur un cas d'application réel. Afin de réduire le temps de calcul très important pour le problème étudié, nous présentons une parallélisation du code numérique traitant le premier modèle. Des résultats de performances sont enfin présentés.

This manuscript addresses the theoretical modeling and numerical simulation of compressible two-phase flows. In this context, diffuse interface methods are now well-accepted but progress is still needed at the level of numerical accuracy regarding their capture. A new method is developed in this research work, that allows significant sharpening. This method can be placed in the framework of MUSCL-type schemes, widely used in production codes and on unstructured grids. Phase transition is addressed as well through a relaxation process relying on Gibbs free energies. A new instantaneous relaxation solver is developed and happens to be accurate, fast and robust. Moreover, in view of the intended industrial applications, an extension of the thermodynamics of the phases and of the mixture is necessary. A new equation of state is consequently developed. The formulation is convex and based on the “Noble-Abel-Stiffened-Gas” equation of state. In another context, the dispersion of non-miscible fluids under gravity effects is considered as well. This problematic involves large time and space scales and has motivated the development of a new multi-fluid model for “two-layer shallow water” flows. Its numerical resolution is treated as well.