Etude numérique des phénomènes de collision / coalescence en milieu dense
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Abstract EN:
This thesis is dedicated to the modeling of collision and coalescence phenomena in the framework of the ELSA atomization model (Eulerian-Lagrangian Spray Atomization). The ELSA model has been developed to take into consideration the flow in the dense region of the spray. One of the fundamental equations of this model is the transport equation of the average liquid/gas interface density. The work of this thesis focused on taking into account the collision/coalescence phenomena and the influence of turbulence on the development of the liquid/gas interface. One of the keys to this modeling is based on the knowledge of an equilibrium Weber number. It is a characteristic of the medium. Two studies were conducted to determine it. The first concerned the diluted region of the spray and thus focused on collisions between spherical droplets, through Eulerian and Lagrangian formalisms. The second concerned the dense region of the flow for which the liquid flow cannot be considered as composed of spherical droplets. Thus, to take into account turbulence and the morphological characteristics of such environments, a direct numerical simulation (DNS), based on the ARCHER code, was carried out. A wide range of two-phase flows with a forced homogeneous isotropic turbulence was studied. It continuously extended from "drops" flows to "bubble" flows. This study showed the dependence of the equilibrium Weber number on the liquid/gas ratio.
Abstract FR:
Cette thèse est consacrée à la modélisation des phénomènes de collision et de coalescence dans le cadre du modèle d’atomisation ELSA (pour Euler-Lagrange pour les Sprays et l'Atomisation). Le modèle ELSA a été développé afin de prendre en compte l’écoulement dans la région dense du spray. Une des équations fondamentales de ce modèle est l’équation de transport de la densité moyenne d’interface liquide/gaz. Le travail de cette thèse a porté sur la prise en compte des phénomènes de collision/coalescence et de l’action de la turbulence sur le développement de l’interface liquide/gaz. L’une des clés de cette modélisation repose sur la connaissance d’un nombre de Weber, dit d’équilibre, caractéristique du milieu étudié. Deux études ont été réalisées afin de le déterminer. La première a concerné la région diluée du spray et a ainsi porté sur des collisions entre gouttelettes sphériques, à travers les formalismes eulérien et lagrangien. La seconde a concerné la région dense de l’écoulement pour laquelle l’écoulement liquide ne peut plus être considéré comme composé de gouttelettes sphériques. Ainsi, afin de prendre en compte les caractéristiques morphologiques et de turbulence de tels milieux, une simulation numérique directe (SND), basée sur le code ARCHER, a été réalisée. La configuration mise en place au cours de cette thèse a permis d’étudier une large gamme d’écoulements diphasiques dans le cadre d’une turbulence entretenue, homogène et isotrope. Le domaine de l’étude s’est étendu continûment d’écoulements de type « gouttes » aux écoulements de type « bulles ». Cette étude a notamment montré la dépendance du nombre de Weber à l’équilibre à la proportion liquide/gaz.