Modélisation de la réponse acoustique d'une microbulle oscillant à proximité d'une paroi rigide (original) (raw)
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Une méthodologie en trois étapes est développée afin de déterminer la réponse vibro-acoustique d'une structure excitée par une couche limite turbulente. Dans un premier temps l'écoulement turbulent est modélisé avec une méthode RANS stationnaire qui permet d'obtenir les paramètres caractéristiques de la couche limite. L'excitation dynamique générée par cette couche limite est ensuite calculée à partir de modèles semi-empiriques des fluctuations de pression pariétale. Les spectres de pression ainsi obtenus sont enfin introduits dans un modèle vibro-acoustique pour déduire la réponse de la structure. On s'intéresse dans ce papier à la partie concernant l'excitation de la structure, avec les deux premières étapes de calcul. Le cas de validation correspond à une série de mesures réalisées à l'Ecole Centrale de Lyon dans le cadre du projet européen ENABLE, et qui mettent en jeu un écoulement en conduite avec gradient de pression. Des calculs RANS k-ε et k-ω ont été réalisés et les grandeurs globales comparées aux expériences (épaisseurs caractéristiques de couche limite, pression statique, …), validant les calculs stationnaires. Les paramètres d'écoulement sont ensuite injectés dans différents modèles de spectre de fluctuations de pression pariétale : pour les spectres en fréquence, le modèle de Goody [1] est appliqué pour les cas en l'absence de gradient de pression moyenne et le modèle de Rozenberg [2] en présence d'un gradient de pression défavorable. Les spectres obtenus sont comparés aux résultats expérimentaux. Pour les spectres en fréquence-nombre d'onde, les hypothèses de Corcos [3] sont utilisées pour déterminer une relation entre la vitesse de convection et le gradient de pression à partir des mesures approchées.
2010
Ce travail présente une modélisation de l'oscillation de microbulles encapsulées associée à l'émission de pics de pression large bande après la fin de l'excitation ultrasonore (signaux post-excitation). Les variations de pression radiée en fonction du temps ont été déterminées pour des microbulles à coques phospholipidiques (Definity et Sonovue) avec le modèle de Marmottant. Ce modèle décrit la variation de la tension de surface des microbulles à coque lipidique et la cassure de la coque en fonction de l'expansion de la microbulle. Pour la modélisation de la réponse des microbulles à coque d'albumine (Optison), le terme de viscosité de la coque a été définitivement supprimé après rupture de la coque. La pression acoustique incidente utilisée pour simuler la réponse d'une microbulle a été mesurée expérimentalement avec un hydrophone calibré (2,8 MHz; 5-cycles; pic de pression de raréfaction de 2,0 MPa). Lors des simulations, le rayon de cassure du modèle a été fixé à 1,2 fois le rayon initial R 0 . Les signaux post-excitation prédits par le modèle sur une gamme de rayons de 0,4 à 5,0 µm sont alors apparus comme étant fonction de l'expansion relative maximale de la microbulle. Pour chaque type de microbulles, les signaux post-excitation apparaissent seulement quand la coque de la microbulle est déterminée comme ayant rompue (R > 1,2R 0 ) et que l'expansion maximale est supérieure à 2R 0 . Des signaux post-excitation ont pu être observés expérimentalement par l'utilisation d'un détecteur passif de cavitation dans les mêmes conditions d'excitation. L'augmentation du bruit large bande sur la réponse modélisée de microbulles avec signaux post-excitation a été cohérente avec celle mesurée expérimentalement (4,0 à 8,9 dB). Ainsi, le modèle de Marmottant fournit une bonne description des signaux post-excitation observés expérimentalement. C'est à notre connaissance la première fois que cette propriété du modèle est démontrée.
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2010
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Focalisation acoustique de particules dans un micro-écoulement
2009
Dans le cadre de cette etude, nous nous sommes interesses a l’influence d’une onde acoustique sur le transport de particules dans un micro-canal. Une etude parametrique detaillee a ete realisee avec et sans ecoulement principal, ce qui a permit de demontrer l’influence du rayon de la particule, de la puissance acoustique et de la concentration sur le phenomene de focalisation acoustique. Cette technique permet, entre autre, l’amelioration de la qualite des mesures par micro-PIV.
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Modélisation de l'impact thermique d'une paroi en forme spirale
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), 2013
Ce travail présente une étude des caractéristiques thermiques d'un écoulement turbulent de convection forcée le long de différentes configurations géométriques : Paroi lisse, paroi ondulée en spirale, paroi ondulée. Les effets du rapport Pas/diamètre et Profondeur de l'entaille/diamètre ont permis de valoriser cet impact de cette forme géométrique (tantôt ondulée, tantôt spiral) dans l'intensification du transfert de chaleur. Les résultats numériques obtenus prouvent que cette forme ondulée ou en spiral intensifie le transfert de chaleur grâce au modèle SST (Shear Stress Turbulent) du code CFX 11 pour des nombres de Reynolds variant de 5000 à 55000. En effet quand le Pas et la Profondeur de l'entaille passe de P/d h =0.18, e/d h =0.02 à P/d h =0.27, e/d h =0.06 le nombre de Nusselt double de valeur pour le même nombre de Reynolds. Mais cette augmentation de l'effet thermique est accompagnée de pertes de charges. Au fur à mesure que la profondeur et le pas augmentent de valeur, la turbulence augmente favorisant ainsi la présence d'une forte dépression.
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NDLE : Les discussions sur cet article sont acceptées jusqu'au 1er septembre 2003. Modélisation numérique par rétro-analyse du comportement des parois moulées butonnées Résumé La construction du terminus Ouest de la ligne D du métro de Lyon a été réalisée en tranchée couverte à l'abri de parois moulées butonnées dans un horizon de colluvions limoneuses de caractéristiques médiocres. Une étude hydrogéologique préliminaire ayant mis en évidence le risque de rehaussement de la nappe dû à sa coupure partielle par les parois moulées, le soutènement a été dimensionné avec une fiche réduite. Cette configuration présentant un risque de soulèvement du fond de fouille ou de butée insuffisante devant la fiche, la paroi a été instrumentée et suivie tout au long des travaux. Les résultats de ces observations sont analysés. Cette analyse confirme l'incidence marquée des forces d'écoulement liées à l'exhaure sur le comportement mécanique de la paroi et montre également un comportement dissymétrique de la fouille dû au déroulement des travaux. De telles interactions sont difficilement prises en compte dans les approches traditionnelles et ces résultats ont été confrontés par rétro-analyse à des simulations numériques en différences finies où l'effet de l'écoulement est explicitement pris en compte. Cette confrontation a enfin été complétée par une étude paramétrique.