Mélange induit par un écoulement au travers un réseau aléatoire d’obstacles

Abstract

Ce travail s’inscrit dans le cadre de nos recherches sur les écoulements à bulles. C’est l’étude expérimentale du mélange d’un traceur très peu diffusif (fluoresceine dans l’eau) dans l’écoulement instationnaire engendré par le passage d’un écoulement uniforme au travers d’un réseau d’obstacles sphériques (2% de fraction volumique) répartis aléatoirement dans l’espace. Cet écoulement reproduit correctement les caractéristiques de l’agitation dans un essaim de bulles en ascension. La vitesse du fluide est mesurée par PIV de manière assez classique. Le traceur est injecté en amont du réseau et l’´evolution de sa concentration est mesurée par PLIF. L’utilisation de la PLIF pour mesurer des champs de grande extension (15 cm) et avec une grande dynamique d’intensité lumineuse fluorescée constitue une contribution importante de ce travail. Les résultats ainsi obtenus montrent que, à petit nombre de Reynolds, le mélange est régi par les forts gradients de vitesse qui existent dans le voisinage des sphères. A grand nombre de Reynolds, il est maîtrisé par la turbulence qui se développe alors. L’analyse des résultats comporte deux parties principales : (1) une analyse statistique des profils de concentration aboutissant à la détermination d’un coefficient de diffusion effectif et (2) une description de la distribution spectrale des fluctuations de vitesse et de concentration.