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Dynamique d'un nuage de bulles homogène confiné

Bouche, Emmanuella and Roig, Véronique and Risso, Frédéric and Billet, Anne-Marie Dynamique d'un nuage de bulles homogène confiné. (2013) In: Séminaire SHF Ecoulements diphasiques dispersés, 4 April 2013 - 5 April 2013 (Châtou, France). (Unpublished)

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Abstract

De nombreuses applications industrielles mettent en jeu des écoulements à bulles dans des échangeurs de masse et de chaleur ou des réacteurs. Les mouvements des bulles génèrent de l'agitation dans le liquide qui, en retour, influence la distribution spatiale des bulles et leur vitesse. La compréhension générique de ce problème de couplage inverse total est fondamentale mais délicate. Des travaux expérimentaux dédiés dans des configurations d'écoulements bien définies sont donc nécessaires pour atteindre cet objectif. Ce travail explore la dynamique d'un nuage de bulles en ascension à grand nombre de Reynolds dans une cellule de Hele-Shaw ([1]). Cette configuration apporte une contribution à une compréhension générale car elle permet d'étudier l'agitation générée par des bulles à grand nombre de Reynolds possédant des sillages instables tout en empêchant, par les effets de confinement, la production de turbulence. La comparaison avec la dynamique de nuages de bulles non confinés ([2]) est également éclairante. Par ailleurs, la détection des interfaces est considérablement facilitée par le confinement: une description complète et précise de la répartition spatiale et de la dynamique des bulles peut être ici obtenue directement par ombroscopie avec une seule caméra. De même, la mesure par PIV du champ de vitesse du liquide intégré dans l'épaisseur de la cellule permet de caractériser de manière pertinente la dynamique du liquide ([3]) (Fig.1-a). La dynamique des deux phases a ainsi été explorée pour des fractions volumiques de gaz α comprises entre 1% et 14% dans un régime où l'inertie est importante (Re≈500). Les bulles étudiées possèdent un sillage instable avec des lâchers tourbillonnaires réguliers et suivent une trajectoire ascendante oscillante tout en gardant une forme elliptique constante. Le frottement aux parois impose néanmoins une décroissance très forte des sillages ([4]). Les résultats montrent que l'on peut expliquer les statistiques associées au mouvement des bulles dans le nuage à partir de deux mécanismes élémentaires: (i) les oscillations induites par le sillage associées aux lâchers tourbillonnaires et (ii) la forte perturbation de vitesse localisée à l'arrière des bulles. Le mécanisme dominant dans la direction verticale est l'entrainement dans le sillage alors que celui qui régit la dynamique des bulles dans la direction horizontale est associé aux oscillations générées par les sillages dont l'intensité est indépendante de α (Fig.1-b). L'auto-dispersion des bulles a également été étudiée. Elle peut être caractérisée par des coefficients de dispersion qui évoluent linéairement avec α. En ce qui concerne l'agitation dans le liquide, comme en écoulement non confiné, les deux composantes des fluctuations de vitesse évoluent proportionnellement à αn avec ici αn=0.38 et 0.46 dans les directions horizontales et verticales respectivement. Le spectre spatial des fluctuations de vitesse évolue, sur une gamme de nombres d'ondes k bien définie, proportionnellement à k-³. Dans cette configuration où la turbulence ne peut se développer, cette évolution s'explique très clairement par la superposition linéaire de perturbations de vitesses aléatoires ([5]), il s'agit donc d'un effet statistique associé aux passages de perturbations convectées par les bulles.

Item Type:Conference or Workshop Item (Speech)
Audience (conference):National conference without published proceedings
Uncontrolled Keywords:
Institution:French research institutions > Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE)
Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Université de Toulouse > Université Toulouse III - Paul Sabatier - UPS (FRANCE)
Laboratory name:
Statistics:download
Deposited By: Véronique ROIG
Deposited On:28 Nov 2013 14:46

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