Étude expérimentale de la dynamique de corps mobiles en ascension dans un fluide peu visqueux
Institution:
Toulouse, INPTDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
In many natural and industrial situations, freely moving particles can exhibit periodic motions, either zigzag or helical. We have investigated the causes of the oscillatory motions of solid bodies rising in a low (viscous fluid otherwise at rest). Original results concerning the kinematics of flat cylinders and ellipsoids were obtained over a large range of the Archimedes number (buoyancy over viscous effects) and of the aspect ratio (diameter to thichness ratio). We have analysed the velocity and orientation oscillations (frequency, amplitudes and relative phases) and we have concluded on the crucial effect of the body aspect ratio on the coupling between translation and rotation. From these measurements, we have also calculated the different contributions for the forces and torques acing on the bodies. Freely (moving bodies wake visualisations and PIV measurements as well as numerical simulations of the flow around fixed bodies were also performed, allowing a better understanding of the wake's role in the oscillatory motions.
Abstract FR:
On observe souvent dans la nature que l'ascension ou la chute d'un corps peut présenter des mouvements oscillatoires (hélice, zigzag) ou plus désordonnés. Nous nous sommes penchés sur les causes des instabilités du mouvement de corps légers en ascension sous l'effet de la gravité, dans un fluide peu visqueux au repos. Des résultats originaux concernant la cinématique de cylindres et ellipsoïdes aplatis ont été obtenus par trajectographie, pour une large gamme du nombre d'Archimède (flottabilité sur effets visqueux) et du rapport de forme (diamètre sur épaisseur). Nous avons analysé les oscillations de la vitesse et de l'orientation des corps (fréquences, amplitudes et phases relatives) et mis en évidence l'effet crucial du rapport de forme dans le couplage entre la translation et la rotation. A partir de ces mesures, nous avons également déterminé les forces et les couples s'exerçant sur les corps. Des visualisations et des mesures PIV du sillage de corps mobiles, ainsi que des simulations numériques de l'écoulement autour de corp fixes, ont permis de mieux comprendre le rôle du sillage dans les mouvements rencontrés.