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Mardi 8 mars 2016 à 11h00 en salle K118

Georges Fokoua, Irstea Rennes

Titre/Title : Étude expérimentale de la réduction de traînée par la dispersion des bulles en écoulement de Taylor-Couette.

Contact : Nicolas Mordant (équipe EDT)

Résumé/Abstract :Le séminaire portera sur l’étude expérimentale de la réduction de traînée par la dispersion des bulles. Le contexte de l’étude est lié à la propulsion navale. Les bulles peuvent, lorsqu’elles sont injectées dans la couche limite en développement le long des carènes de navires, contribuer à réduire significativement la résistance de frottement, en allégeant d’une part le fluide le long de la coque et d’autre part en interagissant avec les structures turbulentes de proche paroi. La configuration expérimentale retenue pour cette étude est l’écoulement de Taylor-Couette, avec cylindre extérieur fixe et injection de bulles calibrées. Les investigations ont porté sur les régimes de transition, de turbulence naissante et turbulent avec persistance des cellules de Taylor (Re=2.104). La taille des bulles varie avec le capillaire et le mélange eau/glycérine utilisés, entre 0,05 et 0,12 fois la largeur de l’entrefer. Une méthode originale de suivi de la phase dispersée dans un plan méridien, couplée à des mesures de couple global appliqué au cylindre intérieur ont permis de mettre en évidence deux régimes de modification de la traînée et plusieurs types d’arrangements des bulles, en fonction de leur taille et du nombre de Reynolds. La caractérisation par PIV des vitesses de la phase liquide en monophasique et diphasique a permis d’étudier les modifications induites par les bulles sur la phase liquide et de discuter des mécanismes impliqués dans la modification du couple global par la présence des bulles.
Il ressort de cette étude que pour les nombres de Reynolds en deçà de la capture, les bulles contribuent à stabiliser l’écoulement en accord avec une réduction du couple visqueux pouvant atteindre -30% pour des taux de vide très faible (< 1%). Pour des nombres de Reynolds plus élevés, la capture dans les cellules induit une réduction de la longueur d’onde axiale et une augmentation de la vorticité des cellules, associée à une augmentation des vitesses rms. Cette configuration est favorable à une augmentation du couple visqueux. A l’inverse, la capture des bulles dans les zones de jet sortant conduit à une augmentation de la longueur d’onde axiale, associée à une diminution de la vorticité. Cette configuration est favorable à une réduction du couple visqueux, beaucoup moins marquée qu’en absence de capture.

Mots clés : Taylor-Couette, dispersion de bulles, réduction de couple visqueux, PIV, Ombroscopie-PTV.