Projet ANR-12-BS09-0011 – TEC2 : Evaporation et Condensation Turbulente
Programme : Blanc - SIMI 9 - Sciences de l'Ingénierie, Matériaux, Procédés, Energie (Blanc SIMI 9) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Michel LANCE (Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique)
Partenaires : Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique; Laboratoire de Physique de l'Ens de Lyon; Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels; Laboratoire Joseph-Louis Lagrange
Montant : 485990.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 48 mois
Résumé : Les écoulements diphasiques jouent un rôle important dans de nombreuses applications, en ingénierie, mais aussi dans les sciences de l'environnement. Des progrès notables ont été réalisés au cours de la dernière décennie, dans les domaines expérimentaux (développements de nouvelles méthodes), et grâce aux simulations numériques. Le sujet est un point de convergence entre des communautés différentes (ingénierie, physique), qui apportent au domaine des éclairages différents, mais complémentaires. Le problème des particules inertielles dans un écoulement turbulent est une illustration de cette situation. Ce projet, né d’une collaboration passée entre participants d’origines différentes (projet DSPET, soutenu par l’ANR), est consacré aux changements de phase dans les écoulements turbulents, contenants des particules (bulles, gouttelettes ou autre particules solides). La question centrale du projet est de comprendre l’interaction entre une particule, soumis à une transition de phase, et l’écoulement turbulent. S’il semble peu probable d’obtenir une description unifiée de tous les phénomènes, à cause des différentes importantes entre gouttes, bulles, ou particules solides, en revanche, il semble raisonnable d’espérer mettre en évidence des effets physiques communs à tous ces types de particules. La première phase du projet consistera à considérer le cas d’une seule goutte ou bulle, en cours d’évaporation ou de condensation. Les aspects liés au croisement des trajectoires, mais aussi de tailles finies sur le transfert de masse ou de quantité de mouvement entre l’écoulement et la particule sont encore largement ouverts. L’objectif – et le défi – consistent à décrire les taux d’évaporation ou de condensation le long des trajectoires, et de caractériser les changements de la phase fluide (continue) au voisinage de la particule. Cette partie s’appuiera largement sur les techniques expérimentales développées au cours du programme précédent (DSPET) : PTV et holographie à haute résolution temporelle. Un couplage entre les méthods de PIV et PLIF est aussi envisagé. Dans le domaine des simulations numériques, des méthodes permettant de traiter des conditions extrêmes de condensation ou d’évaporation seront développées. Une deuxième partie du projet sera consacrée à des situations comportant de nombreuses bulles ou gouttelettes. Dans de telles situations, les changements de phase peuvent être affectés par des processus de collisions et de coalescence, et par des effets collectifs. Les collisions proviennent quasiment exclusivement d’interactions entre deux particules, qui dépendent très fortement de l’environnement turbulent. Il s’agira de quantifier finement ces effets. Une troisième partie sera consacrée à l'application de ces résultats pour la description macroscopique des écoulements dispersés, tant sur le plan des modèles numériques que des expériences destinées à la validation de codes industriels. Les quatre équipes impliquées dans le projet, le LMFA (Centrale Lyon), le Laboratoire de Physique (ENS Lyon), le LEGI (Grenoble) et l'Observatoire de la Côte d'Azur (Nice) ont développé une compétence unique en matière de techniques de mesures dans des écoulements turbulents, et en matière de modélisation théorique et numérique. Elles ont déjà fortement interagi dans le passé, et sont habituées à échanger du matériel et de l'expertise, aussi bien sur le plan expérimental que numérique, et à échanger des points de vue différents sur les aspects scientifiques.