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Chemistry
Process Chemistry and Technology

Large-eddy simulation of supercritical fluid injection

Profile image of pascale domingopascale domingo

2013, The Journal of Supercritical Fluids

Abstract

Je remercie dans un premier temps tous les membres du jury pour l'intérêt montréà ce travail de thèse. Mercià Bénédicte Cuénot et Patrick Bontoux pour avoir accepté de lire, commenter et juger ce mémoire en qualité de rapporteurs. Je remercieégalement Nasser Darabiha d'avoir présidé ce jury et Frédéric Grish et Gérard Ordonneau de m'avoir fait l'honneur d'y participer. Ce travail aété financé par le CNES et la SNECMA du groupe SAFRAN (bourse CNES). Je remercie Marie Théron du CNES pour sa gentillesse et l'intérêt constant qu'elle a portéà mes travaux de thèse. Je salueégalement Laurent Gomet de la SNECMA Vernon qui m'a fait l'honneur d'être présent pour ma soutenance. Nous avons commencé notre thèse CNES ensemble et j'ai eu le plaisir de le côtoyer lors des rencontres de doctorants CNES. Naturellement, j'adresse de chaleureux remerciementsà mes directeurs de thèse : Pascale Domingo et Guillaume Ribert. Votre expérience, votre disponibilité, votre implication, votre patience et votre gentillesse ontété des atouts essentiels pour ce travail. Merci de m'avoir continuellement encouragé et pousséà participerà des conférences ouévènements internationaux. Il peut y avoir des moments difficiles au cours d'une thèse, mais il y en aégalement de très bons, particulièrement au cours de ce genre de sortie. Je pense en particulierà l'école d'étéà Munich où j'ai découvert la "culture" bavaroise, mais aussià la Grèce, avec son soleil, ses buffets et ses piscines. Le travail présenté dans ce mémoire aété réalisé au CORIA-UMR-CNRS-6614, dans les locaux de l'INSA de Rouen. Je tiensà remercier Monsieur Abdelkrim Mourad Boukhalfa de m'avoir accueilli en tant que doctorant au sein de ce laboratoire et ainsi m'avoir permis de réaliser cette thèse dans d'excellentes conditions de travail. Je souhaiteégalement témoigner ma gratitudeà l'ensemble du personnel du CORIA pour la bonne ambiance qu'il y fait régner. Au cours de cette thèse, j'ai bénéficié de l'expérience et du dynamisme de l'équipe de simulation de la combustion turbulente. Je remercie ainsi Luc Vervisch de m'avoir accueilli au sein de cetteéquipe et de l'intérêt qu'il a pu porterà ce travail, et adresse ma respectueuse sympathieà Vincent Moureau. Je tienségalementà remercier fortement Ghislain Lartigue pour sa gentillesse, sa disponibilité, le grand intérêt qu'il a portéà mon travail ainsi que les conseils qu'il a bien voulu me donner tout au long de cette thèse. Je souhaite maintenant saluer les doctorants du laboratoire avec lesquels j'ai passé ces trois années.

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Dédicaces Je dédie cet humble travail À mes très chers parents pour leurs grand amour et leurs sacrifices À toute ma famille À toutes mes amis À tous ce qu'il m'a aidé SAFER OMAR ADIB Remerciements UNIVERSITE DE MSILA 2013/2014 Page ii Remerciements En préambule à ce mémoire, je souhaitais adresser mes remerciements les plus sincères aux personnes qui m'ont apporté leur aide et qui ont contribué à l'élaboration de ce mémoire. Je tiens à remercier sincèrement Monsieur Abdelhak .ABDOU, qui, en tant qu'encadreur de mémoire, s'est toujours montré à l'écoute et très disponible tout au long de la réalisation de ce mémoire, ainsi pour l'inspiration, l'aide et le temps qu'il a bien voulu me consacrer et sans qui ce mémoire n'aurait jamais vu le jour. Je suis aussi redevable à, tout les enseignants du département de génie électrique, ainsi qu'à Monsieur BERRABEH Fouaade , chef du département de génie électrique. Je ne peux oublier Je tiens également à adresser mes vives remerciements à Mr. ZEROGUI ABDELRACHIDE, Ingénieur au MEI, qui nous a autorisé à faire le stage au sein de l'entreprise, ainsi que tous le personnel de l'entreprise qui ont instauré un environnement d'entraide et de soutien tant au plan technique qu'au plan humain. Durant notre stage. Une pensée particulière à mes parents pour leurs contributions, leurs soutiens et leurs patiences. Que DIEU les gardent. Enfin, j'adresse mes plus sincères remerciements à tous mes proches et amis, qui m'ont toujours soutenue et encouragé au cours de la réalisation de ce mémoire.

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  52. 'azote. Point blanc : méthane. Point noir : azote. [136] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  53. 7 Courbes d'équilibre liquide-vapeur pour un fluide réel et un fluide obéissant à la loi des états correspondants ("Model Fluid") [24] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  54. 8 Locus des points critiques dans le cas d'un mélange binaire [169]. . . . . . . . . . . . .
  55. P = f(v) à T=600K pour du N 2 avec l'équation SRK (point de vue mathématique). . . . .
  56. P = f(v) à T=77,5K pour du N 2 avec l'équation PR (point de vue mathématique). . . . .
  57. 11 Résultats expérimentaux : Isotherme dans le plan (P, v) pour trois températures différentes 2.12 Equations cubiques : Isotherme dans le plan (P, v) pour trois températures différentes . .
  58. 13 Illustration de la méthode du palier de Maxwell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  59. 14 Validation des equations d'états cubiques : comparaison avec les données NIST. . . . . .
  60. 17 Potentiel d'interaction intermoléculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  61. pression. . . . . . . . . . .
  62. pression. . . . . . . . .
  63. pression. . . . . . . . .
  64. pression. . . . . . . . . . .
  65. de la température [136]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  66. 23 Comparaison entre les valeurs du nombre de Prandlt, pour le méthane et le dioxygène, obtenues avec SiTComB et celles du NIST en fonction de la température sous une pres- sion de 80 bar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  67. 1 Schématisation de la fac ¸on dont sont nommées les variables. . . . . . . . . . . . . . . .
  68. 2 Représentation spectrale des échelles résolues et modélisées en LES. . . . . . . . . . . .
  69. 1 Schéma du dispositif expérimental. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  70. 2 Tracé de la densité (a) et de la capacité calorifique à pression constante (b) des conditions d'injection et de réservoir pour les cas n˚3 et 4 de l'expérience de Mayer et al. [102]. . .
  71. al. [102]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  72. 4 Véritable figure 8 de l'article présenté ci-dessus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  73. -mélange O 2 /CH 4 à la stoechiométrie et sous pression atmosphérique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  74. 8 Configuration M1 : sortie d'un vortex : Sortie d'un vortex : M = 0.08 pour l'équation de type cubique et M = 0.36 avec l'équation basée sur la compressibilité. Profils de pression adimensionnée (cf. eq. 8.3) selon l'axe des x (en y = -0.1 (-• -• -), y = 0.0 ( ) et y = +0.1 (----) cm) des calculs EoS-cubique (sans symboles) et EoS- compressibilité (avec symboles •) à différents temps de calculs. . . . . . . . . . . . . .
  75. c). . . . . . .
  76. 10 Champ initial de vitesse du son en fonction de la forme de l'équation d'état utilisée. . . .
  77. -cubique (gauche) et EoS-Z (droite). L'évolution en temps se fait de haut en bas. Calculs NSCBC-1D. . . . .
  78. Ligne pointillée : EOS- cubique / NSCBC-3D. Ligne continue : EOS-cubique / NSCBC-1D. Ligne continue avec symboles • : EOS-Z / NSCBC-1D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  79. de la variable transportée ρY c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  80. = 0.5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  81. 15 Champ initial de vitesse du son en fonction de la forme de l'équation d'état utilisée. . . .
  82. 'avancement obtenus avec un calcul EoS-cubique (gauche) et EoS-Z (droite). L'évolution en temps se fait de haut en bas. Calculs NSCBC- 1D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  83. Ligne pointillée : EOS- cubique / NSCBC-3D. Ligne continue : EOS-cubique / NSCBC-1D. Ligne continue avec symboles • : EOS-Z / NSCBC-1D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  84. Ligne pointillée : EOS- cubique / NSCBC-3D. Ligne continue : EOS-cubique / NSCBC-1D. Ligne continue avec symboles • : EOS-Z / NSCBC-1D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  85. Ligne poin- tillée : EOS-cubique / NSCBC-3D. Ligne continue : EOS-cubique / NSCBC-1D. Ligne continue avec symboles • : EOS-Z / NSCBC-1D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  86. 20 Calculs Mayer : Table thermodynamique. Evolution de la température, la densité et la compressibilité en fonction de la fraction de mélange z. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  87. 21 Champs instantanés de la température, le masse volumique, la fraction de mélange, et de la vitesse obtenus avec le calcul utilisant la forme EoS-Z. . . . . . . . . . . . . . . . . .
  88. 22 Champs instantanés du nombre de Mach des deux calculs tabulés et du calcul multi-espèces.199
  89. 23 Profils axiaux de densité (a) et de largeur à mi-hauteur basée sur la densité (b). . . . . . .
  90. Banc MASCOTTE. À gauche : boîtier de combustion 10 bar (V01). À droite : boîtier de combustion haute pression (V04). Image tirée de [106]. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  91. 2 Schéma du maillage au niveau de l'injecteur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  92. 3 Visualisation d'un iso-contour du critère Q (Q = 10 8 = (U CH 4 /D O 2 ) 2 ) (a) et de champs instantanés de la variable "mixness" (mixness = Y CH 4 × Y O 2 × 4) ('écoulement de méthane (d) pour les deux calculs du cas du cas GCH4. . . . . . . . . . . . . . . . .
  93. 5 Evolutions axiales des largeurs à mi-hauteur basées sur la densité, la température et la fraction massique de CH 4 pour les deux calculs du cas GCH4. . . . . . . . . . . . . . .
  94. 'iso-contour de vitesse axiale nulle. . . . . . . . . . . . . . . .
  95. 7 Evolution de la température (a) et de la densité (b) des gaz frais en fonction de la richesse pour un mélange d'O 2 à 85K et de CH 4 à 288K. Courbe rouge : calcul GR. Courbe bleue : calcul GP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  96. 8 Evolution de la température des gaz brûlés (a), de la vitesse de flamme (b), et de l'épaisseur de flamme (c) en fonction de la richesse pour un mélange d'O 2 à 85 K et de CH 4 à 288 K. Courbes rouges : bibliothèques GR. Courbes bleues : bibliothèques GP. Symboles : bibliothèques RAMEC. Symboles : bibliothèques LINDSTEDT. . . . . . . . . . . . .
  97. K (courbes rouges ; symboles : ) ou 120 K (courbes bleues ; symboles : ) et de CH 4 à 288 K. Bibliothèques GR LINDSTEDT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  98. GR LIND- STEDT (T (O 2 ) = 85K) de 541 flammelettes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  99. = 85K). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  100. 13 Maillage en z de la base brute, et de la table FPI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  101. 14 Représentation du coefficient κ T dans l'espace (z,c) à ségrégation nulle de la table chi- mique GR LINDSTEDT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  102. 15 Représentation du coefficient aα dans l'espace (z,c) à ségrégation nulle de la table chi- mique GR LINDSTEDT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  103. 16 Représentation du coefficient b dans l'espace (z,c) à ségrégation nulle de la table chi- mique GR LINDSTEDT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  104. 17 Représentation du coefficient ∂aα/∂T dans l'espace (z,c) à ségrégation nulle de la table chimique GR LINDSTEDT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  105. 18 Représentation de la compressibilité Z dans l'espace (z,c) à ségrégation nulle de la table chimique GR LINDSTEDT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  106. 'espace (z,c) à ségrégation nulle de la table chimique GR LINDSTEDT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  107. 20 Rapports entre les pressions calculées et la pression de la table. Figure (a) : évolution du rapport P * i /P table en fonction de la variable d'avancement pour une flamme stoe- chiométrique (z = 0.2), et ce pour différent niveau de ségrégation en c et à ségrégation en z nulle. Figure (b) : évolution du rapport P * i /P table en fonction de la variable de mélange z, pour une variable d'avancement nulle (gaz frais), et pour différent niveau de ségrégation en z, et à ségrégation en c nulle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  108. 21 Comparaisons en variables corrigées, et variables originales. Haut : coefficient cubique b. Bas : Compressibilité. Gauche : évolutions en fonction de la variable d'avancement pour une flamme stoechiométrique (z = 0.2), et ce pour différent niveau de filtrages en c. Droite : évolutions en fonction de la variable de mélange z, pour une variable d'avancement nulle (gaz frais), et pour différent niveau de filtrage en z. . . . . . . . . .
  109. 22 Champs instantanés de densité (a), et de la variable mixness (b) du calcul tabulé non réactif du cas MASCOTTE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  110. Champs de la variable d'avancement (a), de la fraction de mélange (b), de la température (c) et de la densité (d) à l'initialisation du calcul réactif. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  111. a), de température (b), de densité (c), et de fraction massique du radical OH (d) obtenus avec le calcul 3D. Ligne blanche : iso-contour du mélange stoechiométrique (z = 0.2). Ligne orange : iso-contour de température (T = 2000K). Ligne noire : iso-contour du terme source de la variable ρY c ( ωρYc = 6000kg.m -3 .s -1 ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  112. Iso-contour de température (1000K) obtenu avec le calcul 3D GCH4. . . . . . . . . . . .
  113. fraction massique d'oxygène (b), en zone proche injecteur. Ligne blanche : iso-contour du mélange stoe- chiométrique (z = 0.2). Ligne orange : iso-contour de température (T = 2000K). Ligne noire : iso-contour du terme source de la variable ρY c ( ωρYc = 6000kg.m -3 .s -1 ). Le disque bleu possède le diamètre de l'injecteur d'oxygène. L'anneau rouge a les mêmes diamètres intérieur et extérieur que l'injecteur de méthane. . . . . . . . . . . . . . . . .
  114. 27 Visualisation du champs du terme source ωρYc , en zone proche injecteur. Ligne blanche : iso-contour du mélange stoechiométrique (z = 0.2). Ligne orange : iso-contour de température (T = 2000K). Ligne noire : iso-contour du terme source de la variable ρY c ( ωρYc = 6000kg.m -3 .s -1 ). Le disque bleu possède le diamètre de l'injecteur d'oxygène. L'anneau rouge a les mêmes diamètres intérieur et extérieur que l'injecteur de méthane. .
  115. 28 Scatterplots de température obtenus sur l'ensemble (a) et le dernier quart (b) du domaine de calcul. Courbe rouge : température à l'équilibre. Ligne verticale : fraction de mélange globale de l'injecteur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  116. mélange (courbe rouge) ins- tantanés. Ligne horizontale noire : fraction de mélange globale de l'injecteur 3D. . . . .
  117. 'injecteur. Ligne horizontale noire : fraction de mélange globale de l'injecteur 3D. . . . . . . . . . . . . .
  118. 31 Température (courbe bleue), fraction de mélange (courbe rouge), et variable d'avance- ment (courbe orange) moyennées sur des sections perpendiculaires à l'axe d'injection en fonction de la distance à l'injecteur. Symboles : température à l'équilibre calculée à partir de la valeur moyenne de la fraction de mélange (courbe rouge). Ligne continue horizon- tale noire : fraction de mélange globale de l'injecteur 3D. Ligne discontinue horizontale noire : température à l'équilibre calculée à partir de la richesse globale de l'injecteur. Ligne pointillée : température mesurée expérimentalement à 88 D O 2 . . . . . . . . . . . .
  119. a), de densité (b), de fraction mas- sique d'oxygène (c), et de fraction massique du radical OH (d) obtenus avec le calcul 2D LINDSTEDT. Ligne blanche : iso-contour du mélange stoechiométrique (z = 0.2). Ligne orange : iso-contour de température (T = 2000K). Ligne noire : iso-contour du terme source de la variable ρY c ( ωρYc = 6000kg.m -3 .s -1 ). . . . . . . . . . . . . . . . .
  120. Comparaison de champs moyens de température (a), de densité (b), de fraction massique d'oxygène (c), et de fraction massique du radical OH (d) obtenus avec les calculs 2D LINDSTEDT (moitiés inférieures) et RAMEC (moitiés supérieures). Ligne blanche : iso-contour du mélange stoechiométrique (z = 0.2). Ligne orange : iso-contour de température (T = 2000K). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  121. corres- pondant (tracé su rla figure (a)). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  122. 'oxygène (d) obtenus avec les calculs 2D LINDSTEDT (moitiés inférieures) et RAMEC (moitiés supérieures). Ligne blanche : iso-contour du mélange stoechiométrique (z = 0.2). Ligne orange : iso-contour de température (T = 2000K). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  123. LIND- STEDT (a) et RAMEC (b) obtenus sur l'ensemble du domaine de calcul. Courbe rouge : température d'équilibre. Ligne verticale : fraction de mélange global de l'injecteur 2D. .
  124. LIND- STEDT (a) et RAMEC (b) obtenus sur l'ensemble du domaine de calcul. Ligne verticale : fraction de mélange global de l'injecteur 2D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Liste des tableaux 1.1 Propriétés critiques des principaux ergols utilisés dans l'industrie spatiale et produits de combustion associés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  125. Coordonnées de points critiques, compressibilité (Z c ) et facteur acentrique (ω) [136]. . .
  126. 2 Table des constantes permettant le calcul de δ 1 et k dans le cas de l'utilisation de l'équation RKPR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  127. 3 Coefficients des équations cubiques considérées. Avec : f 1,ω = 0.48+1.574ω-0.176ω 2 , f 2,ω = 0.37464+1.54226ω-0.26992ω 2 et k = (1.168A 1 Z c +A 0 )×ω 2 +(1.168B 1 Z c + B 0 ) × ω + (1.168C 1 Z c + C 0 ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  128. trois températures différentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  129. Synthèse de différentes définitions d'énergies et enthalpies [172]. . . . . . . . . . . . . .
  130. Coefficients de Chung et al. pour calculer les "E i " : E i = a 0 (i) + a 1 (i)ω + a 2 (i)η 4 r + a 3 (i)κ. [22] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  131. Coefficients de Chung et al. pour calculer les "B i " : B i = b 0 (i) + b 1 (i)ω + b 2 (i)η 4 r + b 3 (i)κ. [22] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  132. 8 Volumes de diffusion atomique [136]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  133. 1 Conditions thermodynamiques des cas n˚3 et 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  134. 1 Schémas cinétiques du méthane. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  135. 2 Schémas cinétiques du méthane. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  136. 3 Schémas cinétiques du méthane. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  137. 1 Conditions thermodynamiques initiales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  138. 2 Dérivées partielles de l'équation d'état, C p et vitesse du son du fluide simulé en fonction de l'équation d'état utilisée. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  139. 3 Nombre de Mach des configurations M1, M2, et M3, en fonction de l'équation d'état utilisée. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  140. Poche de fraction de mélange : conditions initiales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  141. 5 Conditions initiales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  142. 1 Caractéristiques d'injections du cas GCH4. Les différents paramètres sont basés sur les définitions données à la section 1.2.1.2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  143. Longueur de coeur dense du calcul non réactif. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Marc Le Boulluec

La Houille Blanche, 2017

Ifremer 3 ENSTA Bretagne RÉSUMÉ.-Un type d'usine hydroélectrique pour faible hauteur de chute est étudié. Il se base sur la formation d'un tourbillon de vidange au sein duquel est plongée une turbine. Dans un premier temps le tourbillon de vidange est étudié sans turbine. Une campagne expérimentale permettant l'étude de ce tourbillon de vidange est conduite. Lors de cette campagne, les hauteurs d'eau et les vitesses dans le tourbillon sont mesurées. Ces dernières sont déterminées en utilisant un système de vélocimétrie laser (Laser Doppler Velocimetry, LDV). Un modèle numérique du tourbillon est réalisé avec le solveur interFoam du logiciel OpenFOAM 2.2.2, avec une approche diphasique. Les données expérimentales sont comparées qualitativement et quantitativement aux données numériques. Un calcul est réalisé en laminaire et les modèles de turbulence k-ε RNG et k-ω SST sont testés. Globalement le calcul laminaire et le modèle k-ω SST représente correctement le phénomène physique observé. Les vitesses proches de la surface libre sont moins bien estimées. Mots-clés : tourbillon de vidange, interFoam, vélocimétrie laser Experimental and numerical simulation of a supercritical bathtub vortex with an injection ABSTRACT.-One type of low head hydropower plant is studied. This solution, based on a bathtub vortex, is called the gravitational vortex hydropower. It consists in a turbine placed at the center of the vortex which harvests the vortex kinetic energy. As a first step, the bathtub vortex is studied without the turbine, in the supercritical flow regime. An experimental campaign is carried out to study this bathtub vortex. Water heights are measured using acoustic sensors in seven points in the tank. A laser Doppler velocimetry device is deployed to measure the velocities in three planes in the water flow. Simulations are performed using OpenFOAM 2.2.2 with a two phase approach using the volume of fluid method (solver interFoam). First simulations are performed without any modelling of turbulent phenomena (laminar model), afterwards the k-ε RNG model and the k-ω SST model are tested. The experimental data are compared qualitatively and quantitatively to the values extracted from the numerical model. The laminar and k-ω SST turbulence model calculate accurately the water heights in the tank. The water heights predicted by the k-ε RNG turbulence model are lower than the measured ones. Generally, velocity profiles calculated by laminar and k-ω SST turbulence model are close to the experimental. In the vicinity of the free surface differences are higher. Radial and axial velocities calculated by the k-ω SST turbulence model are closer to the experimental velocities than those computed with the laminar model.

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Développement de procédés d'extrusion assistés par un fluide supercritique
Dominique Richon

2004

l'extrusion est un procede largement utilise industriellement pour la mise en forme de materiaux. Dans ce travail, nous nous interessons plus particulierement a l'utilisation du dioxyde de carbone supercritique (CO 2 SC) comme agent moussant pour la fabrication de mousses polymeres par extrusion. Dans une premiere etape, une extrudeuse monovis (capacite de l'ordre de 1 kg.h-1) a ete modifiee afin de pouvoir injecter du CO 2 SC au sein de la matiere extrudee. Ensuite, de premieres experiences ont ete realisees sur du polystyrene. Abstract : extrusion is a widely used process in industry for material design. This work deals with the use of supercritical carbon dioxide (SC CO 2) as foaming agent for manufacturing polymeric foams by extrusion. In a first step, a single-screw extruder (capacity of about 1 kg.h-1) was modified to be able to inject SC CO 2 within the extruded matter. Then, preliminary experiments were performed on polystyrene.

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Simulation aux grandes échelles de l'injection de carburant liquide dans les moteurs à combustion interne
Lionel Martinez

2009

Mes remerciements vont en premier lieu à mes encadrants de thèse, à savoir Adlène Benkenida de l'IFP et Bénédicte Cuenot du CERFACS. L'attention portée à mon encadrement ainsi que leur grande expérience et leur sérieux ont largement contribué à la réussite de cette thèse. Je remercie également l'ensemble des membres du jury pour avoir accepté d'évaluer mon travail et pour avoir interagi avec moi lors de la soutenance. Merci à Jacques Borée pour avoir présidé le Jury, aux rapporteurs Marc Massot et Julien Réveillon pour avoir pris le temps de décortiquer mon manuscrit, à Olivier Simonin pour ses questions très pertinentes et Gregory Blokkeel pour avoir accepté de donner un point de vue industriel à mon travail. J'adresse également toute ma gratitude à Stéphane Henriot, Directeur de la TAE (Techniques d'Applications Énergétiques) et Antonio Pires da Cruz, chef du département R102 (Modélisation et Simulation Système) pour m'avoir accueilli dans leur équipe et pour m'avoir fait confiance à la suite de ma thèse. Je me suis senti tout de suite très à l'aise dans leur équipe, que je tiens à saluer. J'ai travaillé durant ces trois années avec des personnes très compétentes et très motivées. Je salue en particulier Stéphane Richard, Jörg Anderlohr et Jean-Baptiste Michel pour les discussions scientifiques, automobiles et politiques et leur très bonne humeur. Je salue également les thésardes et thésards de R102 comme Pauline, Guillaume, Damien, Alessio, Vahid, Yohan et les plus jeunes, pour leur joie de vivre et l'ambiance chaleureuse qu'ils ont su développer. Je souhaite bon courage à Aymeric qui a repris le flambeau de l'injection LES et qui va bientôt terminer son dur labeur. Je voudrais remercier également mes collègues de bureau Olivier, Pierre et Romain. Il me semble impossible de remercier ici toutes les personnes avec lesquelles j'ai travaillé de près ou de loin. Qu'elles trouvent ici l'expression de toute ma gratitude. Je voudrais également remercier l'équipe du CERFACS à Toulouse qui a participé à l'évolution du code de calcul et de la partie diphasique. Je remercie particulièrement Marlène, Nicolas, Olivier et Gabriel pour leur aide et leur disponibilité. Enfin, je remercie de tout mon coeur ma famille et en particulier ma femme pour son soutien sans faille et sa compréhension pour mes nombreuses heures de travail tardives. Elle a su me redonner de la force quand il m'en manquait.

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