Contribution à la simulation lagrangienne de la dispersion et de l'évaporation de gouttelettes
Institution:
Ecully, Ecole centrale de LyonDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
TThe present work is devoted to the study dilute two-phase flows where the dispersed phase is made of droplets that may eventually evaporate. A Lagrangian approach has been developped for the treatment of the dispersed phase: it consists to simulate the dispersion of a relatively large number of particles in order to get statistical quantities by simple averages. The idea is to solve the fundamental law of dynamics for each particle. From the motion of the particles within the flow is simulated, we deduce the momentum, energy, heat. . . Transfer terms between phases. These terms are then introduced into the continuous phase equations, making the whole method a two-way coupling one. In the case of sufficiently dilute flows, the feedback (from the particles two the fluid) can be neglected and the continuous phase equations reduce to the classical Navier-Stokes ones with one way-coupling only. A stochastic model is used to simulate the fluctuations of the velocity along each particle trajectory. Vaporisation is accounted for by using a finite conduction model from the litterature. Numerically speaking, this approach is coupled to an existing code, for computing complex geometry flows, by means of a Lagrangian module. The latter provides the necessary source terms that model the particles' influence onto the fluid. We first validate the code in the absence of evaporation, using the classical Hishida and Maeda experiment, a widely employed test-case for most Lagrangian simulations of this kind. In the presence of dropplets evaporation our results are consistent with predictions of a code developped at CORIA.
Abstract FR:
Le travail présenté dans cette thèse est consacré à l'étude des écoulements diphasiques dilués où la phase dispersée est constituée de gouttelettes susceptibles de s'évaporer. Une approche dite lagrangienne a été adoptée pour le traitement de la phase dispersée. Elle consiste à simuler la dispersion d'un nombre relativement important d'inclusions afin de réaliser des statistiques par simple moyenne sur leurs caractéristiques. L'idée est de résoudre la loi fondamentale de la dynamique pour chaque inclusion. On simule le mouvement des inclusions dans l'écoulement, on déduit alors des termes d' échange de quantité de mouvement, d'énergie, de chaleur, … entre les phases que l'on réintroduit dans les équations de la phase continue: c'est un couplage à deux sens (« two way coupling »). Lorsque l'écoulement est suffisamment dilué, le couplage retour (des inclusions vers le fluide) peut être négligé et les équations de la phase continue se ramènent aux équations de Navier-Stockes classiques (« one way coupling »). La fluctuation de vitesse du fluide le long de la trajectoire de chaque particule est simulée à l'aide d'un modèle stochastique. Le phénomène de vaporisation est pris en compte par un modèle à conduction infinie disponible dans la littérature. Cette approche se traduit sur le plan numérique par un couplage à un code existant, destiné à l'origine au calcul d'écoulements dans des géométries complexes, d'un module de calcul lagrangien capable de fournir des termes sources qui modélisent l'action d'inclusions sur le fluide. La validation du code a été effectuée tout d'abord en l'absence d'évaporation sur l'expérience classique de Hishida et Maeda, qui a servi de cas test à pratiquement toutes les simulations lagrangiennes de ce type. Les résultats concernant l'évaporation de gouttes montrent globalement une bonne cohérence avec les prédictions d'un code développé au CORIA.