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Modélisation numérique stochastique des rebonds de particules sur parois rugueuses.

Konan N'Dri, Arthur. Modélisation numérique stochastique des rebonds de particules sur parois rugueuses. PhD, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2007

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Official URL: http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000582/

Abstract

Les interactions particules-paroi constituent un important mécanisme partiellement compris dans le cadre des écoulements turbulents diphasiques confinés et à inclusions dispersées. Pour les particules inertielles dont le mouvement est fortement influencé par les rebonds avec la paroi, la bonne prise en compte de ces interactions est cruciale pour une prédiction correcte des propriétés statistiques de l'écoulement. Une première étape à la compréhension des interactions particules/paroi a été de considérer des parois lisses. Cette hypothèse a permis non seulement l'élaboration de base de données de référence, mais aussi la mise en exergue des mécanismes intervenant au cours de ces rebonds et a conduit au développement de modèles eulériens pour les parois lisses (Sakiz & Simonin, 1999). Des investigations expérimentales récentes (Kussin & Sommerfeld, 2004 ; Benson et al., 2005) en canal montrent d'importantes modifications des propriétés statistiques de la phase dispersée d'un écoulement turbulent gaz-particules en raison de la rugosité des parois. Pour modéliser les collisions de particules avec une paroi rugueuse, le mécanisme de "Shadow Effect" proposé par Sommerfeld & Huber (1999), est le modèle lagrangien le plus satisfaisant en comparaison avec l'expérience. Dans le cadre de cette thèse, sa mise à contribution pour la dérivation de conditions aux limites eulériennes à la paroi s'est heurtée à un problème de fermeture lié aux très grands nombres de particules rasantes après le rebond, générées par ce modèle. Des simulations LES/DPS à bas nombre de Reynolds réalisées en canal, dans lesquelles l'effet de la rugosité des parois sur les particules est simulé à l'aide du "Shadow Effect Model" ont par ailleurs confirmé, à travers les fonctions de distribution des angles de rebonds des particules, cet aspect inattendu de ce modèle de paroi rugueuse. En outre l'interpretation des résultats des simulations, en s'appuyant sur l'approche aux moments (Simonin, 1996), a permis demieux appréhender et de proposer des mécanismes responsables des modifications des premiers moments de la phase dispersée. Pour palier les insuffisances du "Shadow Effect Model", nous avons développé un modèle lagrangien "Rough-Wall Multi-Collisions Model", basé sur une description stochastique de l'interaction particule/paroi rugueuse et intègre dans sa formulation des effets de rebonds multiples. Le modèle est d'abord validé par comparaison à des simulations LES/DPS en canal avec des rebonds multiples déterministes des particules sur les parois rugueuses géométriques du canal. Il est ensuite évalué dans le cadre de la simulation de l'étude expérimentale de Sommerfeld & Kussin (2004) en canal, à l'aide de simulations LES/DPS à grand nombre de Reynolds de la phase gazeuse. Le "Rough-Wall Multi-Collisions Model" est au final employé pour dériver des conditions aux limites eulériennes aux parois.

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution: Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT
Laboratory name:
Research Director:
Simonin, Olivier
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Deposited By: admin admin
Deposited On:21 Nov 2012 13:50

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