Atomisation de jets liquides : analyse statistique en champ proche et en champ lointain

Autor: Romain Vallon
Přispěvatelé: Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre (IRPHE), Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Aix-Marseille Université, Marseille, France, Malek Abid, Fabien Anselmet(anselmet@irphe.univ-mrs.fr), Vallon, Romain
Předmět:
Zdroj: HAL
Fluid mechanics [physics.class-ph]. Aix-Marseille Université, Marseille, France, 2021. English. ⟨NNT : ⟩
Popis: Liquid jet atomisation acts in natural and industrial processes. This thesis characterises the droplet population created by jet fragmentation thanks toexperimental and numerical data, whose statistical study show corroborating results in the far and close fields. The former come from Droplet Tracking Velocimetry (DTV) measurements carried out prior to this thesis on a turbulent water jet injected into quiescent air. For the latter, a campaign of Direct Numerical Simulations (DNS) is carried out at different gaseous Weber numbers. The joint statistics of the droplet size and velocity highlight the existence of 5 well defined droplet subgroups in the experimental data set and the existence of 2 fragmentation sources in the numerical one. The study highlights the possible link between the subgroups and the different sources of fragmentation identified in the flow. Finally, two theoretical models of divergent nature are tested out to describe the droplet size distribution. The first one was derived from the ligament-shaped droplet dynamics and the second one from the framework of internal intermittent turbulence. The ligament-based model best describes the droplet size distribution in the close field and the distributions of the droplet subgroups in the far field. The overall distribution in the far field is well described by the intermittency-based model, which also describes qualitatively well the size distribution in the close field. Thus, the validity of each model depends on the distance from the nozzle and also on the number of fragmentation sources. Besides, the concept of turbulence intermittency could improve the description of the atomisation of turbulent jets.
L'atomisation est clé pour de nombreuses applications. Cette thèse caractérise la population de gouttes créée par la fragmentation d'un jet à l'aide de données expérimentales et numériques, dont l'étude statistique montre des résultats qui se corroborent dans les champs lointain et proche. Les premières proviennent de mesures vélocimétriques par suivi de gouttes (DTV) réalisées sur un jet d'eau turbulent injecté dans de l'air au repos. Pour les secondes, une série de Simulations Numériques Directes (DNS) a été réalisée pour différents Weber du gaz. Les statistiques jointes en taille et en vitesse des gouttes mettent en évidence l'existence de 5 sous groupes expérimentaux bien définis et l'existence de 2 sources de fragmentation côté numérique. L'étude met en lumière le lien possible entre les différents sous groupes et les sources de fragmentation qui peuvent être identifiées dans l'écoulement. Enfin, deux modèles théoriques de natures très éloignées sont testés pour décrire la distribution en taille des gouttes. Le premier découle de la mécanique fine des ligaments et le second de l'intermittence interne de la turbulence. Le modèle s'appuyant sur la mécanique des ligaments décrit au mieux la distribution en taille en champ proche et la distribution en taille de chaque sous groupe en champ lointain. La distribution en taille du jet en champ lointain est bien décrite par le modèle s'appuyant sur l'intermittence de la turbulence, modèle qui offre aussi une bonne description qualitative de la distribution en taille de la population en champ proche. Ainsi la validité de chaque modèle dépend de la distance par rapport à la buse et du nombre de sources de fragmentation.
Databáze: OpenAIRE
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