Transition vers la turbulence pour un fluide non newtonien dans une conduite cylindrique. Mise en évidence expérimentale d’un écoulement chaotique induit par la stratification de la viscosite (original) (raw)
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HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), 2011
La transition vers la turbulence en conduite cylindrique pour un fluide non Newtonien aété peuétudiée en dépit de l'importance de ce problème. Les résultats existants dans la littérature fontétat d'une part d'un retardà la transition vers la turbulence et d'autre part de l'apparition d'une asymétrie dans les profils moyennés en temps de la vitesse axiale. Notreétude numérique montre que la non-linéarité de la viscosité està l'origine d'une réorganisation significative de l'écoulement. D'une part, cette nonlinéarité réduit la dissipation visqueuse de l'énergie de la perturbation et d'autre part, elle induit un fort enrichissement du spectre d'énergie.
In two independent articles, and Peixinho et al. (2005) studied experimentally the flow structure of aqueous solutions of 1.5 wt% Laponite and 0.2 wt% Carbopol respectively in a cylindrical pipe. It was observed that the mean velocity profiles are axisymmetric in laminar and turbulent regimes, and present an increasing asymmetry with increasing Reynolds number in transitional regime. The present paper provides a three-dimensional description of this asymmetry from axial velocity profiles measurements at different axial and azimuthal positions. The obtained results indicate that the asymmetry is very weak near the entrance section and increases along the duct. It is shown that these results traduce the existence of a stable non-linear state characterized by two contra-rotating longitudinal vortices.
Frottements et pertes de pression des fluides non newtoniens dans des conduites non circulaires
Comptes Rendus Mécanique, 2005
Reçu le 9 février 2005 ; accepté le 25 février 2005 Disponible sur Internet le 10 mai 2005 Présenté par Sébastien Candel Résumé L'étude de l'écoulement d'un fluide dans une conduite nécessite l'introduction de paramètres géométriques et de nombres sans dimensions permettant la corrélation et la comparaison des résultats expérimentaux. Pour les fluides newtoniens dans des configurations simples, la définition du nombre de Reynolds ne présente aucune difficulté, par contre dans le cas d'écoulement de fluides non newtoniens dans des conduites de formes quelconques, la variation de la viscosité apparente avec la vitesse de cisaillement nécessite une généralisation de ce nombre sans dimensions. Cette note propose une méthode générale valable pour une large classe de fluides non newtoniens et pour toutes les formes de conduite. Une application est développée pour un fluide viscoélastique s'écoulant dans une conduite de forme rectangulaire. Les résultats obtenus sont en bon accord avec les corrélations connues. Pour citer cet article : M. Mahfoud et al., C. R. Mecanique 333 (2005). 2005 Académie des sciences. Publié par Elsevier SAS. Tous droits réservés. Abstract Friction and pressure drop of non-Newtonian fluids through ducts of non-circular cross section. The study of fluid flow in a duct requires characteristic parameters of the flow and dimensionless numbers to correlate and compare experimental results. For Newtonian fluids in simple configurations, the definition of the Reynolds number is quite standard, but for non-Newtonian fluid flows in ducts with arbitrary shape of cross section, the dependence of the apparent viscosity with the shear rate requires a generalization of this dimensionless number. This note proposes a general method valid for a large class of non-Newtonian fluids and for all duct shapes. An application is developed for a viscoelastic flow through a rectangular duct. Results obtained in the present investigation are in a good agreement with available correlations. To cite this article: M. Mahfoud et al., C. R. Mecanique 333 (2005). 2005 Académie des sciences. Publié par Elsevier SAS. Tous droits réservés.
Transition vers la turbulence pour un fluide à seuil en écoulement dans une conduite cylindrique
Http Www Theses Fr, 2008
au CNRS 1. Mes remerciements s'adressent aux personnes qui ont bien voulu m'accompagner au cours de la thèse. J'aimerais, en premier, exprimer ma profonde gratitude à Chérif Nouar directeur de recherche au CNRS pour avoir assuré la direction de cette étude, je souhaite, également, lui exprimer mes sincères remerciements. Durant ces quatre années de thèse, sa disponibilité à toute épreuve, son soutien ainsi que son envie de partager sa passion et ses connaissances m'ont permis d'avancer dans un climat de grande confiance. Je le remercie encore pour l'aide accordée durant la rédaction de ce mémoire. J'adresse mes respectueux remerciements à Jean-Pierre Brancher, Professeur à l'ENSEM, pour son soutien et ses bons conseils. Merci pour m'avoir fait l'honneur de présider mon jury de thèse. Je tiens à remercier Ian Frigaard, Professeur de l'Université de Colombie Britannique (Canada). J'associe à ces remerciements Jan Dušek, Professeur de l'Université Louis Pasteur (Strasbourg), tous deux m'ayant fait l'honneur de rapporter mon travail. Je tiens aussi à exprimer toute ma gratitude à Alessandro Bottaro, Professeur
2010
La présente étude est consacrée à la simulation numérique tridimensionnelle des écoulements secondaires de Dean, au sein de l'écoulement non établi d'un fluide newtonien et d'un fluide viscoélastique de Phan-Thien-Tanner dans une conduite courbe à 180°. La section d'écoulement varie de la forme carrée à la forme rectangulaire dont le rapport d'aspect varie de 2 à 12. La méthode des volumes finis avec un maillage décalé est utilisée pour résoudre les équations de conservation de masse, de quantité de mouvement et l'équation constitutive de PTT écrites en coordonnées orthogonales généralisées. Les simulations faites pour des nombres de Dean allant de 50 à 500, montrent que le champ dynamique et en particulier la vitesse axiale sont influencés par le nombre de Dean. L'étude met en évidence l'influence, d'une part, des effets de l'inertie et des forces centrifuges et d'autres part, les paramètres géométriques, sur la structure des vortex de Dean et les conditions d'apparition de vortex additionnels. La présente étude montre également qu'aux nombres de Dean relativement faibles, l'élasticité anticipe la formation des vortex additionnels dans l'écoulement.
Ecoulement de fluides non newtoniens a travers des elargissements brusques
International Communications in Heat and Mass Transfer, 1997
The present paper is concerned with non newtonian pseudoplastic fluid flow across an abrupt enlargement. Basic equations are integrated by a finite volume scheme. The obtained results clearly display the stabilizing effect of fluid pseudoplasticity. The recirculation zone and re-etablishment length diminish when behaviour index decreases. It is noticed that there is an agreement between the numerical results and the results of experimental study carried out in our laboratory. © 1997 Elsevier Science Ltd RESUME La pr6sente 6tude concerne l'6coulement de fluides non newtoniens pseudoplastiques h travers des 61argissements brusques. Les calculs sont effectu6s par un code aux volumes finis. L'effet stabilisant du caract~re rh6ofluidifiant du fluide est mis en 6vidence. La zone de recirculation et la longueur d'6tablissement diminuent quand l'indice de structure d6crott. I1 y a un bon accord entre nos r6sultats num6riques et les r6sultats des 6tudes exp6rimentales r6alis6es dans notre laboratoire.
Étude Du Comportement D'Un Fluide Non-Newtonien Dans Une Conduite Avec Contraction Brusque
2008
Reçu le 17 février 2004 ; accepté après révision le 13 mai 2008 Disponible sur Internet le 16 juin 2008 Présenté par Évariste Sanchez-Palencia Résumé Le but de l'étude est de contribuer à la connaissance des écoulements des fluides viscoélastiques dans une contraction souvent étudiée mais par simulation numérique. Un dispositif a été conçu pour une étude expérimentale de l'écoulement par vélocimétrie Laser à effet Doppler. La configuration considérée est un écoulement isotherme dans une conduite rectangulaire comportant une contraction brusque de rapport 4 : 1. Nous avons caractérisé l'écoulement isotherme à différentes valeurs du nombre de Reynolds et présenté des corrélations de la vitesse axiale. Pour citer cet article : M. Mahfoud et al., C. R. Mecanique 336 (2008). Abstract Study of the behavior of non-Newtonian fluid in a duct with 4 : 1 abrupt contraction. The purpose of this study is to contribute to the knowledge of viscoelastic fluids flows in a contraction which are often studied numerically. A device has been conceived for an experimental study of the flow by Laser Doppler velocimetry. An isothermal flow through a rectangular duct including an 4 : 1 abrupt contraction has been considered. We have characterized the isothermal flow for different values of Reynolds number and correlations of the axial velocity are presented. To cite this article: M. Mahfoud et al., C. R. Mecanique 336 (2008).
2011
Tout au long de cette thèse, j'ai eu le privilège de recevoir de la part d'un grand nombre de personnes, des commentaires, suggestions, questions, réfutations et encouragements qui m'ont tousété très utiles. Je demandeà tous ceux qui ne figureront pas dans la liste qui suit de bien vouloir me pardonner. Mes premières pensées vontà mes directeurs de thèse Grigory PANASENKO et Laurent CARRARO. Ces trois annèes de thèse sous leurs directions furent pour moi un vrai enrichissement. Je leur exprime ma profonde gratitude pour m'avoir accordé leur confiance, pour m'avoir guidée avec patience attention et intérêt dans le monde de la recherche. Je suis reconnaissante envers Andrey PIATNETSKI et Antonio GAUDIELLEO pour avoir accepté de rapporter ma thèse et l'intérêt qu'ils ont porté a mon travail. Je remercie Yousef AMIRAT et Abdel-Malek ZINE pour le temps qu'ils m'ont consacré en acceptant de faire partie de mon jury de thèse. J'exprime ma reconnaissanceà Madame Ruxandra STAVRE, professeur de l'institut de mathématiques "Simion Stoilow" de l'académie Roumaine, pour sa collaboration et ses précieux conseils. Je remercie tous les membres du laboratoire LAMUSE qui ontété mes professeurs puis mes collègues pendant les huit années que j'ai passéeà Saint Etienne. En particulier, je voudrais remercier ma collègue et amie Imane sans qui les journées passées au laboratoire n'auraient pasété les mêmes, qui m'a continuellement soutenue, pour son aide et son rôle de relecteur du document final. Il y a aussi les amis, qui ont beaucoup compté pour moi ces dernières années : Florence (pour sonécoute et sa bienveillance), Christophe (pour tous les bons petits repas et les fous rires partagés), Valérie (pour sa joie de vivre et ces superbes soirées), Domenico (pour sa bonne humeur), Taline (pour les virées shopping et les soirées dinterminables discussions), Roukos, Pierre (pour le nouveau lexique libanais :p), Phanthanome (pour cette amitié qui dure même après son départ au Laos). Un merci tout spécifique revientà Diala qui m'a sans cesse encouragéà tenir jusquau bout. Cette thèse contient en grande partie sonénergie. Je termine enfin par ceux que je ne pourrais jamais remercier par des mots : je penseà mes soeurs Rida, Rabab & Jojo et les remercie pour la joie et la bonne humeur quelle m'apporte età mon frère David pour sa vivacité et son sourire. Je remercie mes parents Hanna & Violette pour leurs soutiens, leurs encouragements et leurs amours sans faille. Cette thèse leur est dédiée. Resumé Afin de modéliser le flux sanguin dans les vaisseaux, l'équation de Stokes avec une viscosité variable est considérée dans une structure tubulaire mince, c'està dire, dans une union de rectangles minces avec des hauteurs d'ordre ε et des bases d'ordre 1. Un développement asymptotique de la solution est construit. Dans le cas des perturbations aléatoires de la viscosité constante, nous prouvons que le premier terme de la vitesse est déterministe, alors que pour la pression, il est aléatoire, mais leséspérances de la pression satisfont l'équation déterministe de Darcy. Les estimations pour la différence entre la solution exacte et son approximation asymptotique sont prouvées. Enfin, nous donnons quelques résultats numériques. Nousétendons les résultatsà une structure tubulaire mince composée de deux rectangles minces avec des paroisélastiques qui sont reliés par un domaine dont les parois sont rigides. Après une approche variationnelle du problème qui nous donne des résultats d'existence, d'unicité ,de régularité, et certaines estimations, a priori, nous construisons une solution asymptotique. Nous présentons et résolvons les problèmes de tous les termes du développement asymptotique. Pour deux cas différents, nous décrivons l'ordre desétapes de résolution de l'algorithme du problème et nous construisons le terme principal du développement asymptotique. Et enfin, nous présentons une analyse variationnelle et asymptotique pour un cas plus général où la viscosité dépend du tenseur des déformations dans un canal mince. Par le biais des estimations a priori, nous justifions nos constructions asymptotiques, par l'obtention d'une petite erreur entre les solutions exactes et asymptotiques. 1. les photos ontété prises du site wikipédia ainsi que de www.gamida.
Rétention gazeuse dans une colonne à bulles contenant un liquide visqueux non-newtonien
Les valeurs de rétention gazeuse en présence de solutions aqueuses de xanthane sont étudiées dans une colonne à bulles de 0.24 m de diamètre. Elles sont mesurées par tomographie électrique résistive et par des capteurs de pression. L'effet de la viscosité du milieu non-Newtonien sur la rétention gazeuse est ainsi déterminé. La technique de désengagement gazeux est utilisée pour déterminer la structure des valeurs de rétention gazeuse. La distribution de tailles de bulles mesurée grâce à cette technique est fonction de la viscosité du milieu.
2007
We study the transition to turbulence of viscoelastic solutions of polyoxyethylene (PEO), with 0.08% and 0.09% in concentration, enclosed between two coaxial cylinders when only the inner cylinder turns. When the speed rotation of the inner cylinder reaches a critical value, the circular Couette flow bifurcates to spirals flow (SPI) which is result of inertioelastic instability. The second instability mode is characterized by large and quasi-stationary domains containing spirals with different size separated by walls. The lifetime of the walls of domains decreases with the control parameter according to power law. The number of the walls increases according to the control parameter, that is explains by the multiplication of the sub-domains deprived spirals; this regime transits then to turbulent regime. The characterization of the transition to turbulence has been completed by statistical analysis of the laminar spirals zones. Mots-clefs : Transition ; turbulence viscoélastique