SIMULATION NUMERIQUE DANS LE CADRE DE LA THEORIE LAGRANGIENNE. LA TRAJECTOIRE DE CHAQUE PARTICULE EST CONSTRUITE PAS A PAS PAR INTEGRATION DES EQUATIONS DE LA DYNAMIQUE ET DE LA CINEMATIQUE. SIMULATION DE LA DISPERSION DE PARTICULES FLUIDES DANS UN ECOULEMENT A TURBULENCE HOMOGENE ET ISOTROPE, PUIS DE LA DISPERSION DANS UNE TURBULENCE DE GRILLE, DE PARTICULES ETRANGERES AU FLUIDE DONT LA TAILLE EST INFERIEURE A LA PLUS PETITE ECHELLE DE TURBULENCE. CAS DE PARTICULES CHARGEES. ON ABORDE ENFIN LE CAS DE PARTICULES DE TAILLE SUPERIEURE A LA PLUS PETITE ECHELLE DE LA TURBULENCE, L'ECHELLE DE KOLMOGOROFF

Le comportement de particules solides dans un écoulement turbulent de gaz en canal est étudié par le biais de simulations numériques directes. La description mixte eulerienne et lagrangienne permet d'aborder la dispersion de petites particules solides à travers le calcul des temps intégraux de la turbulence v́ue ́le long de leurs trajectoires. Ces temps intégraux sont comparés aux estimations basées sur une corrélation semi-empirique issue de calculs directs dans le cas d'une turbulence homogène et isotrope. La comparaison révèle l'impossibilité d'utiliser la corrélation pour prédire la dispersion dans le sens de l'écoulement. Après ces considérations sur la dispersion, l'effet d'atténuation de ces mêmes particules solides sur la turbulence est aussi caractérisé. Les forces prises en compte sur les particules sont au moins la traînée non linéaire et la force de portance de Saffman toutes deux corrigées en proche paroi et utilisant une interpolation tridimensionnelle hermitienne.

CE MEMOIRE PORTE SUR LA PRISE EN COMPTE DE FORCES D'INTERACTIONS PARTICULAIRES DANS UNE SIMULATION LAGRANGIENNE DU COMPORTEMENT DE PARTICULES EN ECOULEMENT TURBULENT. LES FORCES D'INTERACTIONS HYDRODYNAMIQUES SONT ESTIMEES A PARTIR DE LA MATRICE DE MOBILITE DEFINIE DANS LA THEORIE DE LA SEDIMENTATION. LES CHOCS SONT SUPPOSES PARFAITEMENT ELASTIQUES. LES RESULTATS CONCERNENT LE COMPORTEMENT DE 2, 3, 4 OU 6 SPHERES EN SEDIMENTATION, AINSI QUE LE COMPORTEMENT D'UN ALIGNEMENT VERTICAL OU HORIZONTAL DE 10 PARTICULES DANS UN ECOULEMENT TURBULENT HOMOGENE ET ISOTROPE. LE COMPORTEMENT D'UN NUAGE DE 50 PARTICULES, DISTRIBUEES DE MANIERE ALEATOIRE MAIS RESPECTANT UNE CONCENTRATION DONNEE, EST ENSUITE PRESENTE

Un grand nombre d'écoulements naturels et industriels mettent en jeu des particules (sédimentation,lit fluidisé, sprays...). Les écoulements chargés en particules sont bien décrits numériquement sous l'hypothèse des particules plus petites que toutes les échelles de l'écoulement. Cette thèse consiste à simuler numériquement une turbulence homogène et isotrope soutenue chargée en particules dont la taille est supérieure à l'échelle de Kolmogorov. Pour se faire une méthode de simulation a été développée au sein du code Thétis puis validée. L'originalité de cette méthode consiste en l'utilisation d'une approche de pénalisation associée à la viscosité dans la zone solide. Les particules sont transportées de façon lagrangienne. Les principaux résultats concernent trois simulations faisant varier le rapport de densité entre le fluide et le solide. Chaque simulation simule le mouvement de 512particules avec un diamètre 22 fois plus grand que l'échelle spatiale de Kolmogorov remplissant ainsi3% du volume total. La dispersion des particules est étudiée et montre des comportements comparables à ceux observés pour des particules ponctuelles. Un intérêt particulier est porté sur le régime collisionnel. On observe que la corrélation des vitesses avec le fluide environnant réduit le nombre de chocs frontaux par rapport au cas théorique de particules d'un gaz dense. L'effet de la prise en compte du fluide visqueux entre les particules (couche de lubrification) lors de la collision a été étudiée. L'écoulement moyen à l'échelle des particules est aussi analysé, mettant en évidence l'existence d'une couche de dissipation autour des particules.

Today understanding turbulence is one of the key issues in tackling flow problems in engineering. Powerful computers and numerical methods are now available for solving flow equations, but the simulation of turbulence effects, which are nearly always important in practice, are still at an early stage of development. Successful simulation of turbulence requires the understanding of the complex physical phenomena involved and suitable models for describing the turbulence momentum, heat and mass transfer. The 89 papers, including 5 invited papers, in this volume present and discuss new developments in the area of turbulence modelling and measurements, with particular emphasis on engineering-related problems. The high standard of the contributions on the developing and testing of turbulent models attests to the world-wide interest this domain is currently attracting from researchers.

CE TRAVAIL PROPOSE UNE ETUDE NUMERIQUE ET EXPERIMENTALE DU COMPORTEMENT D'UN ECOULEMENT LIQUIDE TURBULENT CHARGE DE PARTICULES SOLIDES. LE CONTEXTE INDUSTRIEL EST CELUI DE L'ENCRASSEMENT PARTICULAIRE DES ECHANGEURS DE CHALEUR A PLAQUES. L'OBSERVATION VISUELLE AINSI QUE LES MESURES DE VELOCIMETRIE A L'INTERIEUR D'UNE MAQUETTE FONT APPARAITRE L'EXISTENCE DE STRUCTURES TOURBILLONNAIRES COHERENTES DE GRANDE DIMENSION ET CONFIRMENT LE LIEN ETROIT ENTRE LE DEPOT DE PARTICULES ET LA DYNAMIQUE DE L'ECOULEMENT. LES TOURBILLONS CONTRIBUENT A CREER DES ZONES PREFERENTIELLES DE CONTACT ENTRE PAROI ET PARTICULES ET FACONNENT LE DEPOT SELON UN MECANISME PRECIS. DEUX PROCESSUS D'ARRACHEMENT DU DEPOT ONT EGALEMENT ETE MIS EN EVIDENCE. LES PHENOMENES HYDRAULIQUES ET LES COMPORTEMENTS PARTICULAIRES MIS EN EVIDENCE DANS L'ETUDE EXPERIMENTALE SONT COMPARES A DES CAS TYPES DANS UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE. UNE ETUDE NUMERIQUE BASEE SUR L'UTILISATION DU LOGICIEL TRIO - DEVELOPPE AU COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE, CEA PERMET DE COMPLETER L'ETUDE EN S'ATTACHANT A PREDIRE LE COMPORTEMENT DES PARTICULES, COUPLE DE FACON DYNAMIQUE A L'ECOULEMENT TURBULENT. L'APPROCHE EST BASEE SUR UN COUPLAGE ENTRE LA SIMULATION PSEUDO-DIRECTE DE L'ECOULEMENT TURBULENT ET UN MODELE LAGRANGIEN POUR LES TRAJECTOIRES DES PARTICULES. LES RESULTATS OBTENUS ONT PERMIS DE CONCLURE A UN BON ACCORD QUALITATIF ENTRE LES RESULTATS NUMERIQUES ET LES MESURES EXPERIMENTALES. LA DISPOSITION DU DEPOT SUR LA SURFACE DU CANAL EST GLOBALEMENT RETROUVEE PAR LA SIMULATION NUMERIQUE. L'INFLUENCE DE CERTAINS PARAMETRES SUR LE PHENOMENE D'ENCRASSEMENT COMME LE REGIME D'ECOULEMENT (RE=5000 OU RE=10000), LA DISPOSITION HORIZONTALE OU VERTICALE DU CANAL OU LE DIAMETRE DES PARTICULES (D#P=100 M OU D#P=25 M) A ETE ETUDIEE