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Mélange d’un constituant peu diffusif dans un réseau aléatoire de sphères

Besnaci, Cédric and Roig, Véronique and Risso, Frédéric Mélange d’un constituant peu diffusif dans un réseau aléatoire de sphères. (2013) In: Séminaire SHF Ecoulements diphasiques dispersés, 4 April 2013 - 5 April 2013 (Châtou, France). (Unpublished)

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Abstract

Nous présentons des résultats expérimentaux sur le mélange d'un constituant passif dans un écoulement traversant un réseau aléatoire de sphères. Un constituant fluorescent de très faible diffusivité moléculaire est injecté depuis un point source dans le réseau (Fig. 1.a) et nous réalisons des mesures par Fluorescence Induite par Laser dans un Plan (PLIF) pour accéder au champ de concentration dans une section de grande extension transversale à l'écoulement, située à différentes positions longitudinales z de l'injecteur. L'écoulement est caractérisé par une fraction volumique des sphères égale à 2%, un nombre de Reynolds $Re$ évoluant dans la gamme 100-1000, un nombre de Schmidt de 2000 et un rapport entre le diamètre de l'injecteur et celui des sphères égal à 0,1. Cette étude permet d'analyser les mécanismes élémentaires qui assurent le mélange dans l'écoulement au travers de ce réseau qui est un modèle pertinent de l'agitation induite dans des nuages de bulles (Amoura, 2008). Quelques résultats importants ont ainsi été obtenus concernant le mélange (Besnaci, 2012). Tout d'abord plusieurs mécanismes distincts spécifiques aux écoulements diphasiques participent au mélange. Aux plus bas nombres de Reynolds, le mécanisme principal qui assure le mélange est l'interaction directe des filets de colorant avec le champ de déformation intense situé au voisinage des bulles. Cette interaction peut donner lieu à des déviations et à des déformations de ces filaments, voire créer des nappes de colorant. A grand Re, l'écoulement est déstabilisé et une agitation turbulente importante est présente dans le réseau. C'est elle qui assure alors essentiellement le transport du constituant. Celui-ci peut également être capturé de façon intermittente dans les sillages attachés des sphères, mais le mélange transversal est maîtrisé par cette agitation turbulente. Aux nombres de Reynolds intermédiaires les deux mécanismes co-existent. La transition entre les deux régimes asymptotiques de mélange apparaît aux alentours de Re=400. Nous avons également montré qu'il est possible d'introduire un coefficient de diffusivité effective constant pour caractériser le mélange transversal à des distances de l'injecteur plus grandes que l'échelle intégrale de longueur de la turbulence. Cette diffusivité suit une loi d'échelle indépendante de Re aux grands nombres de Reynolds (Fig. 1.b). Ce résultat est important pour la modélisation du mélange puisqu'il permet de le traiter en adoptant une loi de type Fick pour les flux turbulents. Le contenu spectral des champs de concentration révèle également que des mécanismes différents interviennent dans la dynamique des structures aléatoires de colorant selon que leur taille est supérieure ou inférieure à celle de l'injecteur. Dans la suite de ce travail nous souhaitons analyser les lois du mélange longitudinal et les effets liés à la taille de l'injecteur.

Item Type:Conference or Workshop Item (Paper)
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 - Toulouse INP (FRANCE)
Université de Toulouse > Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE)
Laboratory name:
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Deposited On:21 Nov 2013 10:55

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