Une étude expérimentale et numérique de l'évolution d'écoulements diphasiques à bulles ascendants dans une conduite verticale est présentée. Elle est motivée par le manque d'informations disponibles sur l'influence des phénomènes d'entrée et d'évolution de la taille des bulles sur le développement tridimensionnel de ces écoulements. L’évolution axiale d'écoulements diphasiques à bulles pouvant aller jusqu'a la transition bulles-poches est tout d'abord étudiée expérimentalement. pour la première fois, des profils de vitesse moyenne axiale et d'intensité turbulente axiale du liquide associes a des profils de taux de vide, de fréquence de bulles, de composante axiale de vitesse moyenne des interfaces, de diamètre moyen équivalent de bulles et d'aire interfaciale volumique sont déterminés en plusieurs sections de la même conduite. Une analyse des phénomènes de transition entre écoulements à bulles et à poches est menée a partir de l'analyse simultanée de l'évolution axiale des différents profils de grandeurs caractéristiques obtenus. une analyse locale de l'évolution des écoulements à bulles étudiés associée a des comparaisons avec une étude expérimentale de la littérature montre que le développement d'un écoulement à bulles n'est pas sensible à la forme du profil de taux de vide à l'injection mais que la taille des bulles a une forte influence sur la répartition transverse des phases. Des simulations multidimensionnelles d'écoulements diphasiques à bulles caractérisés par des conditions d'injection des phases très différentes sont enfin réalisées à l'aide du code diphasique eulérien tridimensionnel Astrid. Nous montrons que les modèles classiquement utilises pour la fermeture du bilan transverse de quantité de mouvement (forces de portance et de diffusion) ne permettent pas la simulation du développement tridimensionnel des écoulements à bulles en conduite

This book develops the theoretical foundations of disperse two-phase flows, which are characterized by the existence of bubbles, droplets or solid particles finely dispersed in a carrier fluid, which can be a liquid or a gas. Chapters clarify many difficult subjects, including modeling of the interfacial area concentration. Basic knowledge of the subjects treated in this book is essential to practitioners of Computational Fluid Dynamics for two-phase flows in a variety of industrial and environmental settings. The author provides a complete derivation of the basic equations, followed by more advanced subjects like turbulence equations for the two phases (continuous and disperse) and multi-size particulate flow modeling. As well as theoretical material, readers will discover chapters concerned with closure relations and numerical issues. Many physical models are presented, covering key subjects including heat and mass transfers between phases, interfacial forces and fluid particles coalescence and breakup, amongst others. This book is highly suitable for students in the subject area, but may also be a useful reference text for more advanced scientists and engineers.

Provides a comprehensive coverage of the basic phenomena. It contains twenty-five chapters which cover different aspects of boiling and condensation. First the specific topic or phenomenon is described, followed by a brief survey of previous work, a phenomenological model based on current understanding, and finally a set of recommended design equa

Cette étude comporte en premier lieu une réflexion générale sur la modélisation multidimensionnelle des écoulements diphasiques gaz - liquide. Une nouvelle notion de carte de configuration locale de l'écoulement est proposée. L’effort de modélisation est porté plus particulièrement sur les écoulements dispersés à bulles. La fermeture des termes de diffusion turbulente et de transferts interfaciaux est explicitée dans le cadre d'un modèle à deux fluides. Le modèle K- a été retenu pour la turbulence de la phase liquide. Les équations originales de ce modèle étant particulièrement complexes, une analyse des ordres de grandeurs a été effectuée afin de ne retenir que les termes les plus importants. Par ailleurs, les transferts interfaciaux sont proportionnels à l'aire interfaciale volumique qui est inconnue. Une équation de transport pour cette quantité a été établie à l'aide de deux méthodes différentes. La première méthode, originale, est indépendante du régime d'écoulement considéré. La seconde méthode, basée sur un formalisme statistique, est restreinte à l'étude d'écoulements dispersés. Des relations de fermeture sont également proposées pour les termes dus à la coalescence des bulles et à la compressibilité et la dilatabilité du gaz qui apparaissent dans l'équation d'aire interfaciale volumique. Les différents modèles proposes ont été implantés dans le module tridimensionnel du code CATHARE. De nombreux tests de sensibilité aux constantes intervenants dans ces modèles ont été effectués. Les résultats des simulations ont été comparés aux résultats expérimentaux disponibles dans la littérature et discutés.

Ce travail est consacré au développement et à la mise en œuvre d'un outil de simulation directe d'écoulements diphasiques complexes où la topologie des interfaces évolue dans le temps. La stratégie de résolution emploie un maillage fixe sur lequel les interfaces évoluent librement. Les équations du modèle d'écoulement [...] sont obtenues par filtrage spatial et sommation des équations de Navier-Stokes locales et instantanées de chaque phase. L'utilisation d'une approche eulérienne conduit à des difficultés d'estimation de différentes grandeurs diphasiques [...]. Cet obstacle est levé en établissant et en validant une expression des contraintes valable quelle que soit la nature de l'approche eulérienne utilisée et l'orientation de l'interface par rapport au maillage. Pour simplifier les équations du modèle, on suppose l'absence de glissement local entre les deux phases, de changement de phase et de turbulence de petite échelle. La possibilité de relaxer certaines de ces hypothèses est discutée [...]. Le transport des interfaces est assuré par une méthode de capture de front sans reconstruction d'interfaces en utilisant un schéma FCT. On montre [...] que la version [...] de l'algorithme de Zalesak (1979) donne les meilleurs résultats, bien qu'il subsiste une tendance à l'épaississement des zones interfaciales dans les régions de fort étirement. La validation du code est réalisée [...]. Parmi les résultats de ces validations, ceux se rapportant au problème du rebond d'une bulle sur une paroi solide sont les plus originaux et apportent un éclairage nouveau sur ce phénomène, notamment en ce qui concerne l'évolution temporelle du champ hydrodynamique autour de la bulle. L'étude du mouvement d'une bulle de gaz isolée, dite bulle de Taylor, ou de l'interaction de deux bulles de Taylor montant dans un liquide en conduite verticale constitue le thème physique principal de ce travail. Plusieurs mécanismes physiques influençant la vitesse de montée et la dynamique du culot de ces bulles sont analysés (viscosité, tension interfaciale, vitesse superficielle du liquide et accélération de la bulle). Les comparaisons quantitatives avec des résultats théoriques et expérimentaux antérieurs sont très satisfaisantes et des résultats originaux sont obtenus sur plusieurs points.

CETTE RECHERCHE CONCERNE L'ANALYSE PHYSIQUE ET LA MODELISATION DES ECOULEMENTS DIPHASIQUES DISPERSES. L'OBJECTIF GENERAL ETAIT DE DEFINIR ET DE TESTER UN MODELE A DEUX FLUIDES EN VUE DE LA PREDETERMINATION D'ECOULEMENTS DIPHASIQUES EN SITUATIONS COMPLEXES. L'ECOULEMENT EAU-AIR A BULLES, DANS UN ELARGISSEMENT BRUSQUE VERTICAL A CONSTITUE LE CAS DE BASE ETUDIE. L'INSTALLATION EXPERIMENTALE CONCUE POUR MENER CETTE ETUDE, COMPREND UNE CONDUITE CYLINDRIQUE VERTICALE D'ENVIRON 14 M DE HAUTEUR AVEC UN CHANGEMENT BRUSQUE DE SECTION DE RAPPORT 0,5, SITUE A 9 M DE L'INJECTION. L'UTILISATION DE L'ANEMOMETRIE A FILM CHAUD, APRES MISE AU POINT DU TRAITEMENT ADAPTE DU SIGNAL DIPHASIQUE, NOUS A PERMIS D'ACCEDER AU CHAMP CINEMATIQUE MOYEN ET AUX COMPOSANTES DU TENSEUR DE REYNOLDS DE LA PHASE CONTINUE. LA DISTRIBUTION LOCALE DU TAUX DE PRESENCE DU GAZ EST OBTENUE AU MOYEN D'UNE SONDE A FIBRE OPTIQUE. A PARTIR DES MESURES DE CHAMP CINEMATIQUE MOYEN ET FLUCTUANT ET DES EQUATIONS DE BILAN, ON A DETERMINE LES FORCES INTERFACIALES MOYENNES TELLES QU'ELLES APPARAISSENT DANS LES MODELES A 2 FLUIDES. LE ROLE IMPORTANT DES TERMES NON LINEAIRES LIES AUX CHAMPS FLUCTUANTS DES DEUX PHASES EST AINSI MIS EN EVIDENCE ET ON MONTRE QU'UNE BONNE PREDETERMINATION DE LA DISTRIBUTION DU TAUX DE VIDE ET DE LA TURBULENCE EXIGE DE PRENDRE EN COMPTE L'INFLUENCE DE CES TERMES. CES CONCLUSIONS SONT CONFIRMEES PAR UNE ETUDE THEORIQUE ET NUMERIQUE QUI S'APPUIE SUR L'UTILISATION DU CODE DE CALCUL A DEUX FLUIDES MELODIF DEVELOPPE AU LABORATOIRE NATIONAL D'HYDRAULIQUE. UNE ANALYSE THEORIQUE SUR LA FORMULATION DES TERMES INTERFACIAUX A ETE DEVELOPPEE EN PORTANT UNE ATTENTION PARTICULIERE A LA MODELISATION DES COMPOSANTES NON LINEAIRES TURBULENTES, LES MODIFICATIONS APPORTEES CONCERNENT L'EFFET DE LA FORCE DE PRESSION ET DE LA DISPERSION DES INCLUSIONS. DANS CETTE NOUVELLE VERSION, LA CODE MELODIF S'AVERE BEAUCOUP PLUS PERFORMANT POUR LA PREDETERMINATION DU TAUX DE VIDE