2.2. Modèle d’écoulem<strong>en</strong>t dans les plisVérifier l’affinité <strong>de</strong> l’écoulem<strong>en</strong>t est une étape cruciale pour permettre <strong>de</strong> mettre <strong>en</strong> placele modèle simplifié d’écoulem<strong>en</strong>t dans les plis pour la filtration <strong>de</strong> gaz.Géométries utilisées et maillagePour l’étu<strong>de</strong> sur Flu<strong>en</strong>t, nous avons utilisé différ<strong>en</strong>tes géométries. Nous avons comm<strong>en</strong>cé par<strong>de</strong>s plis à ouverture uniforme avec différ<strong>en</strong>tes longueurs et d<strong>en</strong>sités <strong>de</strong> plis. Nous avons choisiégalem<strong>en</strong>t d’imposer un fond <strong>de</strong> pli imperméable dans un premier cas, et poreux dans un secondcas. Cela permet <strong>de</strong> t<strong>en</strong>ir compte <strong>de</strong> la compression du médium lors du plissage. La géométriedu pli est représ<strong>en</strong>té sur la figure 2.10.Fig. 2.10 – Géométrie d’un pli à section uniforme et bord arrondi.<strong>Les</strong> calculs ont été réalisés aussi pour une géométrie à ouverture variable, figure 2.11 et 2.12.Fig. 2.11 – Géométrie d’un pli à ouverture variable avec bord droit.Fig. 2.12 – Géométrie d’un pli à ouverture variable avec bord arrondi.<strong>Les</strong> conditions limites imposées sont illustrées sur le schéma 2.13. Nous avons appliqué lesmêmes conditions aux limites pour toutes les géométries :– Droite et Gauche : conditions <strong>de</strong> symétrie. La composante transversale <strong>de</strong> la vitesse,v = 0,ainsi que le gradi<strong>en</strong>t <strong>de</strong> la composante longitudinale, ∂u∂x, sont nuls dans le plan <strong>de</strong> symétrie.– Sortie : l’<strong>en</strong>semble <strong>de</strong>s variables a un gradi<strong>en</strong>t nul excepté celui <strong>de</strong> la pression. Cettehypothèse est utilisée pour <strong>de</strong>s écoulem<strong>en</strong>ts pleinem<strong>en</strong>t établis.– Entrée : une vitesse uniforme avec une direction perp<strong>en</strong>diculaire à l’<strong>en</strong>trée.– Parois : imperméables avec une condition <strong>de</strong> non glissem<strong>en</strong>t pour la vitesse.– Interface : aucune condition n’est imposée.– Poreux : le milieu fibreux régi par les équations <strong>de</strong> Darcy.65
<strong>Chapitre</strong> 2.Échelle du pliFig. 2.13 – Schéma représ<strong>en</strong>tant un pli avec ses différ<strong>en</strong>tes limites.Afin d’assurer une bonne converg<strong>en</strong>ce <strong>de</strong> Flu<strong>en</strong>t, nous avons pris plusieurs précautions. Toutd’abord, pour le maillage du milieu poreux, nous avons pris le soin d’utiliser 15 à 20 mailles surl’épaisseur du milieu poreux. De plus, le maillage a été raffiné à proximité <strong>de</strong> l’interface dans lapartie non-poreuse. En effet, et particulièrem<strong>en</strong>t pour le pli d’<strong>en</strong>trée, le profil transversal <strong>de</strong> lavitesse est uniforme avec une décroissance très rapi<strong>de</strong> <strong>en</strong> proximité <strong>de</strong> la paroi [119]. Il est doncnécessaire <strong>de</strong> raffiner le maillage dans cette zone.Pour être cohér<strong>en</strong>t avec la condition <strong>de</strong> sortie, nous avons pris soin <strong>de</strong> vérifier systématiquem<strong>en</strong>tque l’écoulem<strong>en</strong>t est bi<strong>en</strong> établi <strong>en</strong> sortie. Nous avons aussi vérifié que l’<strong>en</strong>trée est situéesuffisamm<strong>en</strong>t loin du début du pli.Pour les calculs réalisés avec un fond <strong>de</strong> pli poreux, la même perméabilité que dans le reste dumédium plissé est imposée dans la région du fond du pli. Il est à noté que lorsque nous utilisonsun milieu poreux avec Flu<strong>en</strong>t, la matrice à résoudre est alors mal-conditionnée. Il <strong>en</strong> résulteune converg<strong>en</strong>ce difficile, voire impossible. Pour remédier à cette difficulté, un premier calcul esteffectué <strong>en</strong> considérant le fond <strong>de</strong>s plis comme imperméable. La converg<strong>en</strong>ce vers la solution,dans le cas du fond poreux est alors beaucoup plus facile à partir <strong>de</strong> la solution intermédiairecalculée.Comparaison <strong>de</strong>s résultats <strong>de</strong> Flu<strong>en</strong>t avec les résultats expérim<strong>en</strong>tauxNous avons comparé l’évolution <strong>de</strong> la chute <strong>de</strong> pression <strong>en</strong> fonction <strong>de</strong> la vitesse <strong>de</strong> filtrationmoy<strong>en</strong>ne pour les résultats expérim<strong>en</strong>taux et <strong>de</strong> Flu<strong>en</strong>t. Ces comparaisons ont été réalisée pourdiffér<strong>en</strong>tes d<strong>en</strong>sités et hauteurs <strong>de</strong> pli, comme le montr<strong>en</strong>t les figures 2.14 et 2.15.La chute <strong>de</strong> pression liée à un écoulem<strong>en</strong>t dans le médium plissé, ∆P total , peut se décomposer<strong>en</strong> contribution liée à l’écoulem<strong>en</strong>t dans le pli, ∆P c , une contribution due à la contraction etl’élargissem<strong>en</strong>t <strong>de</strong> l’écoulem<strong>en</strong>t <strong>en</strong> amont et aval du pli, ∆P ecoulem<strong>en</strong>t et une contribution due aupassage du flui<strong>de</strong> à travers le milieu fibreux lui même, ∆P m . Soit : ∆P total = ∆P c +∆P ecoulem<strong>en</strong>t +∆P m .<strong>Les</strong> simulations numériques permett<strong>en</strong>t <strong>de</strong> comparer la contribution <strong>de</strong> la chute <strong>de</strong> pressiondue à la contraction et élargissem<strong>en</strong>t <strong>de</strong> l’écoulem<strong>en</strong>t par rapport à la chute <strong>de</strong> pression totaledu médium plissé. Ainsi, dans le cas d’un pli à ouverture uniforme, celle-ci n’est pas négligeablepuisque le rapport ∆P ecoulem<strong>en</strong>t∆P totalest compris <strong>en</strong>tre 0, 15 et 0, 20.En revanche, dans le cas d’un pli à ouverture variable, ∆P ecoulem<strong>en</strong>t <strong>de</strong>vi<strong>en</strong>t négligeable <strong>de</strong>vant∆P total . Dans ce cas le ratio est inférieure à 0, 01 pour les géométries étudiées.66