Simulation numérique de l'essorage et du refroidissement d'un film ...

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14 Chapitre 1 Enjeux de valeurs expérimentales propres à chaque procédé et souvent confidentielles. Ces modèles empiriques sont forcément très fiables mais seulement dans la gamme dans laquelle ils ont été calés. En conséquence ils sont dénués d’intérêt pour la recherche académique et pour l’industrie en général. 1.2.4.3 Outils numériques Les outils de caractérisation sont utiles pour donner des grandeurs globales telles que l’épaisseur ou la régularité. Cependant, au point d’impact entre le jet et le film liquide en mouvement, aucun des outils expérimentaux ou théoriques n’est en mesure de fournir d’information. La simulation numérique vient donc renforcer les autres outils et vient aussi pallier un manque dans la caractérisation de certains paramètres tels que les phénomènes à petite échelle aux interfaces. Au chapitre 2 sont présentées les différentes approches de modélisation utilisées pour simuler des écoulements diphasiques et turbulents. Ce chapitre est destiné à justifier nos choix de modèles pour simuler l’écoulement diphasique turbulent qu’est l’essorage pneumatique. Le tableau 1.1 recense différents modèles ainsi que leur propension à décrire explicitement la turbulence, l’interface, à donner des valeurs d’épaisseur ainsi que des phénomènes petites échelles. Le modèle à 2-fluides [Ishii 75] [Simonin 96a] correspond à un traitement Eulérien à la fois de la turbulence et de l’interface. Les écoulements diphasiques et les écoulements turbulents sont modélisés. Les deux phases sont décrites par une approche eulérienne, c’est-à-dire par des champs de concentration. Ce modèle est aussi connu sous le nom d’approche interpenetrating-continua. Dans le formalisme à 2-fluides, chaque point du mi- lieu est occupé simultanément dans des proportions variables par les deux phases, et les équations de conservation distinctes sont requises pour chaque domaine. Le problème est de déterminer les lois de fermeture pour la masse interfaciale, les échanges de quantité de mouvement et d’énergie, et les zones interfaciales correspondantes. De plus, l’évolu- tion de la zone interfaciale volumique est prédite en utilisant une équation de transport supplémentaire [Morel 99] dans laquelle les mécanismes régissant les transitions entre les régimes de l’écoulement et les temps de relaxation associés peuvent être pris en compte de façon mécanique. Le modèle mixte 1 est un modèle dans lequel les écoulements turbulents sont résolus exactement et les écoulements diphasiques sont modélisés. L’application typique de ce type de modèle est la modélisation de spray liquides, lits fluidisés, populations de gouttes
1.2 Cas de la galvanisation de plaques d’acier : présentation du problème 15 Modèle Modélisation explicite de la turbulence Modélisation explicite de l’interface Mesure de l’épaisseur Mesure des phénomènes petites échelles 0D non non oui non 1D non non oui non 2-fluides oui oui non non Modèle mixte 1 non oui non non Modèle mixte 2 oui non oui oui DNS non non oui oui Tableau 1.1 Tableau récapitulatif des différents modèles décrivant un écoulement diphasique turbulent ou de particules solides avec des approches Euler-Lagrange par exemple [Simonin 90] [Simonin 96b] pour lesquelles l’échelle des petites structures diphasiques est inférieure à celle de la turbulence. Le modèle mixte 2 [Blanco 95] est un modèle dans lequel les écoulements turbulents sont modélisés alors que les écoulements diphasiques sont résolus. Ce modèle est aussi celui que nous utilisons dans le code Aquilon pour étudier le problème du couplage diphasique et turbulent posé dans cette thèse. Finalement, le modèle DNS est un modèle dans lequel les écoulements turbulents et les écoulements diphasiques sont résolus exactement. Ce modèle est utilisé par Fulgosi et al. sur la simulation de la déformation d’une interface air/eau [Fulgosi 03]. Le tableau 1.2 récapitule les quatre modèles décrits précédemment. La taille des structures turbulentes appelée LT ainsi que celle des structures diphasiques LI est comparée à la taille de la maille LM. Les structures inférieures à la taille de la maille sont modélisées tandis que celles supérieures sont résolues exactement. L’objectif principal de cette thèse est la détermination de l’épaisseur essorée asymp- totique du film et des tendances sur les effets instationnaires comme l’arrachement de gouttes appelé splashing (ou encore les ondulations). En conséquence, la simulation peut apporter des informations complémentaires par rapport aux autres modèles déjà utilisés.
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