Mélange gravitationnel de fluides en géométrie confinée

Abstract

Ce travail basé sur la simulation numérique directe porte sur le mélange en géométrie confinée de deux fluides miscibles de densités différentes. Le mouvement des fluides est induit par la gravité. Différentes géométries sont étudiées : un tube cylindrique, un canal de section carrée et un écoulement purement bidimensionnel. Les simulations numériques confirment pleinement les résultats expérimentaux de Séon et al. en tube cylindrique, avec notamment la mise en évidence de trois régimes différents suivant l’inclinaison du tube. La comparaison des géométries montre que les écoulements tridimensionnels en tube et en canal inclinés présentent des comportements similaires tandis que le « modèle » bidimensionnel est incapable de donner des informations pertinentes sur un écoulement réel tridimensionnel tant au niveau quantitatif qu’au niveau phénoménologique. Une attention particulière est portée à l’analyse conjointe du champ de concentration et de la dynamique tourbillonnaire sous-jacente qui permet d’expliquer plusieurs aspects subtils de la dynamique du mélange.