ETUDE EXPERIMENTALE D'UN ECOULEMENT DIPHASIQUE DE TAYLOR COUETTE - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2006

Experimental study of a two-phase Couette Taylor flow

ETUDE EXPERIMENTALE D'UN ECOULEMENT DIPHASIQUE DE TAYLOR COUETTE

Résumé

The present study investigates the effects of the dispersed phase on the structure of a Couette Taylor flow. Experiments are conducted for the chaotic (Ta=780), the weakly turbulent (Ta=1000) and turbulent (Ta=4500) flow regimes. Bubbles are generated either by agitation of the upper free surface (ventilated flow) and by injection at the bottom of the apparatus and by applying a pressure drop (gaseous-cavitating flow). Void fraction, bubble size and velocity, as well as axial and azimuthal velocity components of the liquid are investigated. To have a good insight into the bubbly flow patterns, it is necessary to quantify locally the void fraction, bubble size and velocity using optical probes and a detailed information about the liquid flow properties is given by LDV measurements and visualizations. Bubble induced effects are evident from comparison between the single phase flow and bubbly flow patterns. Concerning bubble's arrangement, submillimetric bubbles are localized in the outflow regions near the inner cylinder and millimetric bubbles are localized both in the outflow regions near the inner cylinder and in one in two Taylor vortex cores. Bubble induced effects are characterized by an increase of vorticity of the liquid for a preferential bubble location in the Taylor cells and an increase of the wall shear stress at the inner cylinder when bubbles are located in the outflow region. A global turbulent agitation has been observed corresponding to a gain of turbulent kinetic energy in the present two phase Couette Taylor flow.
Ce travail de thèse vise à étudier expérimentalement les mécanismes d'interaction entre les structures de la turbulence et une phase dispersée (gaz ou vapeur) dans une expérience de Taylor Couette avec rotation du cylindre intérieur. Cette étude a été réalisée pour des régimes d'écoulement correspondant aux régimes chaotique (Ta=780), faiblement turbulent (Ta=1000) et turbulent (Ta=4500). La phase dispersée sous forme de bulles, de tailles variées, a été introduite soit par ventilation par agitation de la surface libre, soit par injection associée à une mise en dépression de l'installation. L'intrusion de sondes optiques doubles a permis de caractériser l'arrangement de la phase dispersée (localisation des bulles dans l'entrefer) ainsi que le taux de vide, la taille et la vitesse des bulles. Afin de caractériser la dynamique de l'écoulement, des visualisations couplées à des mesures du champ de vitesse par vélocimétrie Laser Doppler ont été effectuées dans l'entrefer. Des comparaisons fines entre la dynamique du liquide en présence de bulles et celle obtenue en écoulement monophasique ont permis de mettre en évidence les interactions et les mécanismes de couplages ou d'échange entre la structure de l'écoulement et la phase dispersée. En ce qui concerne l'arrangement de la phase dispersée, les résultats ont montré que les bulles de taille millimétrique sont en partie capturées par les cellules de Taylor, une cellule sur deux et en partie localisées dans les zones de jet (outflow) près du cylindre intérieur. Les bulles sub-millimétriques sont essentiellement localisées en région de outflow près du cylindre intérieur mais de manière plus diffuse dans l'entrefer. En ce qui concerne les mécanismes d'interaction entre les bulles et la dynamique du champ de vitesse liquide, il a été montré que les bulles localisées au coeur des cellules contribuent à stabiliser l'écoulement par augmentation de la vorticité alors que les bulles localisées en proche paroi du cylindre intérieur (dans la zone de jet) contribuent à développer la turbulence par augmentation du cisaillement dépendant de la taille des bulles. On a observé globalement un gain d'énergie cinétique turbulente en écoulement diphasique de Taylor Couette principalement dû au travail de cisaillement.
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Dates et versions

tel-00421255 , version 1 (01-10-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00421255 , version 1

Citer

Amine Mehel. ETUDE EXPERIMENTALE D'UN ECOULEMENT DIPHASIQUE DE TAYLOR COUETTE. Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Ecole Centrale de Nantes (ECN); Université de Nantes, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00421255⟩
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