Date : 2008
Editeur / Publisher : Villeurbanne : Doc'INSA , 2008
Type : Livre / Book
Type : Thèse / ThesisLangue / Language : français / French
Vélocimétrie par images de particules
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Résumé / Abstract : Le rôle joué par la turbulence de paroi dans le transport de particules est étudié à l’aide de deux types d’expériences. Les premières ont porté sur un écoulement à surface libre chargé en billes de verre et de céramique transportées par suspension, pour 4 conditions hydrauliques données. Les secondes expériences ont été réalisées en turbulence contrôlée pour des conditions de transport très proches du seuil de suspension. Afin de mesurer simultanément le champ de vitesse de l’écoulement ainsi que la position et la vitesse des particules, nous avons utilisé la PIV (Vélocimétrie par Image de Particules). Nous pouvons ainsi analyser l’écoulement autour de chaque particule et mettre en évidence l’action locale du fluide sur les particules. L’analyse de l’écoulement se fait dans le voisinage de chaque particule. L’analyse par quadrants montre que les éjections sont fortement impliquées dans le transport, notamment dans la montée des particules. Elle indique aussi que certaines particules qui descendent sont dans des éjections. Nous cherchons donc à déterminer pourquoi une éjection est capable ou non de faire monter les particules. On observe que plus le flux de quantité de mouvement (-rho u’v’) des éjections est important, plus les particules montent. Un seuil de suspension, adimensionalisé par (g delta rho d) est déterminé. Il est de l’ordre de 0,5 et est quasiment constant en fonction du nombre de Reynolds, de la hauteur et des caractéristiques des particules. Un modèle conceptuel de transport par suspension dans les éjections est proposé, en fonction du flux de quantité de mouvement autour des particules, de leur position et temps de résidence dans les éjections.
Résumé / Abstract : The role played by wall turbulence in particle transport has been investigated using two types of experiments. The first ones consist in the study of free surface flows laden with glass and ceramic beads, with a high rate of suspension transport. The second ones have been performed in controlled turbulence with a small rate of suspension transport. In order to measure simultaneously the fluid velocity field and the position and the velocity of the beads, we used the Particle Image Velocimetry (PIV) method. PIV makes it possible to visualize the whole flow field around the moving particles. The flow analysis was applied in the neighbourhood of each particle. First, the quadrant analysis shows that the ejections are the most important turbulent events in particle motion. Particularly, the ejections are a dominant mechanism to lift up particles. However, this analysis points out that some particles are falling into ejections. Thus, we investigate why not all ejections are able to lift up particles. We observed that a particle can be lifted up if the momentum flux (-rho u'v') of the surrounding ejection is enough high. This threshold of suspension is determinated, it is made dimensionless with (g delta rho d) and is about 0.5. It is constant with the height of the particles, the flow Reynolds number and the bead characteristics. We proposed a conceptual model of particle transport in ejections. This model is based on the local momentum flux in the neighbourhood of the ejections, the position of the particles into the ejections and the passed time of the particles into ejections.