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Ecoulement en colonne puls´ee
Premi`ere d´etermination du type d’´ecoulement
Rupture par instabilit´es capillaires
Au final la goutte se comporte comme un oscillateur qui int`egre aussi la notion d’amortissement. Si le temps entre deux tourbillons successifs23 est plus court que le temps d’amortissement alors de l’´energie peut ˆetre accumul´ee et a` terme provoquer la rupture. On peut, ici, faire le lien avec le m´ecanisme de retour a` l’isotropie qui, lui aussi, n´ecessite un certain temps.
L’amortissement n’est pas le seul frein `a la rupture dans ce cas de figure. Des cas d’interactions dites ”destructives” entre gouttes et tourbillons ont et´ report´ees dans l’´etude de RISSO[26]. Il s’agit de situation dans laquelle le tourbillon arrive `a un moment peu propice au transfert d’´energie vers la goutte (phase d’oscillation expansive). Dans ce cas l’´energie de d´eformation de la goutte est r´eduite voire annul´ee et l’oscillation s’arrˆete. On peut penser que le transfert se fait de la goutte vers la phase continue. Des simulations avec amortissement nul ont permis de confirmer ces ph´enom`enes.
– L’aire interfaciale volumique, grandeur principale dont les donn´ees dans la litt´erature sont plus que rares pour les syst`emes de type liquide-liquide et encore moins nombreuses si l’on impose un mode de mesure eul´erien.
– Le Taux de r´etention qui, dans un volume de contrˆole donn´e, repr´esente le rapport du volume de phase dispers´ee par celui de la phase continue pr´esente.
– Et l’anisotropie qui dans un premier temps est mod´elis´ee et ne n´ecessite donc pas de mesures.
Au final il reste deux grandeurs a` mesurer en gardant a` l’esprit la nature eul´erienne du mod`ele. Pour r´epondre a` cette exigence, il est n´ecessaire d’acqu´erir des comportements moyens que l’on peut assimiler a` une moyenne statistique sur un certain nombre d’´ev`enements. Ces moyennes seront ´etablies en un nombre fini d’instants du cycle de pulsation.
Pour ´eviter toute intrusion dans l’´ecoulement, les m´ethodes choisies pour effectuer ces me-sures reposent sur des techniques de traitement d’images qui ont n´ecessit´ la conception d’une colonne puls´ee disposant d’´el´ements de correction optique. Pour rendre possible l’´etablissement des moyennes un dispositif exp´erimental particulier a et´ utilis´e permettant de synchroniser toutes les prises de vue avec le cycle de pulsation. La description de ces dispositifs fait l’objet du chapitre suivant.
Le pixel ´etant pris comme ´etant la plus petite division, chaque pixel contenant de la phase dispers´ee est affect´ d’un 1, les autres sont mis a` 0. La binarisation des images obtenues par fluorescence induite par laser permet d’obtenir tr`es facilement ce genre de cartographie. Pour ´etablir des moyennes synchrones, les images sont s´electionn´ees en fonction de l’instant qu’elles repr´esentent sur le cycle de pulse. Les images prises au mˆeme instant sont ensuite moyenn´ees pour avoir le comportement moyen de l’´emulsion a` l’instant etudi´. Un code de couleur attribu´e en fonction du niveau de taux de pr´esence permet ensuite de faire des ´etudes quantitatives.
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Table des matières
1 Introduction
1.1 Description d’une colonne puls´ee
1.2 R´egimes de fonctionnement
2 Etat de l’art
2.1 Ecoulement en colonne puls´ee
2.1.1 Premi`ere d´etermination du type d’´ecoulement
2.1.2 Description de l’´ecoulement
2.1.3 Conclusion sur l’´ecoulement en colonne puls´ee
2.2 Mod`eles diphasiques
2.2.1 Approche Lagrangienne
2.2.2 Approche eul´erienne
2.3 Fragmentation
2.3.1 Fragmentation de type visqueuse, la th´eorie de HINZE
2.3.2 Rupture par instabilit´es capillaires
2.3.3 Mod`ele vibratoire de fragmentation en ´ecoulement turbulent
2.4 Besoins, objectifs et d´emarche
2.4.1 Grandeurs `a mesurer
2.4.2 D´emarche retenue
3 Dispositif exp´erimental
3.1 Montage exp´erimental
3.1.1 Pr´esentation de la colonne
3.1.2 Syst`eme de phase
3.1.3 Caract´eristiques des signaux de pulsation
3.1.4 Synchronisation
4 Les m´ethodes de mesure
4.1 Taux de r´etention
4.1.1 Principe de la m´ethode
4.1.2 Nettoyage des images
4.2 Aire interfaciale volumique
4.2.1 Algorithme de HOUGH
4.2.2 Calcul de l’aire interfaciale volumique sur chaque pixel
4.3 Mesure d’anisotropie
4.3.1 Valeurs propres et vecteurs propres
4.3.2 Conditions de mesure
5 R´esultats et commentaires
5.1 Fraction volumique
5.1.1 Cycle de fraction volumique
5.1.2 Influence de la fr´equence, sans contre-courant
5.1.3 Influence du contre-courant
5.1.4 Influence de l’´etage
5.1.5 Conclusions sur le taux de r´etention
5.2 Aire interfaciale volumique
5.2.1 Conditions exp´erimentales aux diff´erentes fr´equences
5.2.2 Cycle d’aire interfaciale volumique en amont `a 1Hz
5.2.3 Cycle d’aire interfaciale volumique en aval `a 1Hz
5.2.4 Bilan d’aire interfaciale volumique `a 1Hz
5.2.5 Cycle d’aire interfaciale volumique en amont `a 0,5Hz
5.2.6 Cycle d’aire interfaciale volumique en aval `a 0,5Hz
5.2.7 Bilan d’aire interfaciale volumique `a 0,5Hz
5.2.8 Cycle d’aire interfaciale volumique en amont `a 2Hz
5.2.9 Cycle d’aire interfaciale volumique en aval `a 2Hz
5.2.10 Bilan d’aire interfaciale volumique `a 2Hz
5.2.11 Conclusions sur l’aire interfaciale volumique
5.3 Anisotropie
5.3.1 Anisotropie moyenne en amont du garnissage
5.3.2 Anisotropie moyenne en aval `a 1Hz
5.3.3 Anisotropie moyenne en aval `a 2Hz
5.3.4 Anisotropie moyenne en aval `a 0, 5Hz
5.3.5 Lien param`etre de forme et tenseur taux de d´eformation
5.4 Histogrammes de population
5.4.1 V´erification pr´eliminaire `a 1Hz
5.4.2 Evolution de la population au cours du cycle `a 1Hz en entr´ee ´
5.4.3 Evolution de la population au cours du cycle `a 1Hz en sortie ´
5.4.4 Comparaison entr´ee-sortie 1Hz pour chaque instant du cycle
5.4.5 V´erification pr´eliminaire `a 0, 5Hz
5.4.6 Evolution de la population au cours du cycle `a 0 ´ , 5Hz en entr´ee
5.4.7 Evolution de la population au cours du cycle `a 0 ´ , 5Hz en sortie
5.4.8 Comparaison entr´ee-sortie 0, 5Hz pour chaque instant du cycle
5.4.9 Evolution de la population au cours du cycle `a 2Hz en entr´ee ´
5.4.10 Evolution de la population au cours du cycle `a 2Hz en sortie ´
5.4.11 Comparaison entr´ee-sortie 2Hz pour chaque instant du cycle
5.4.12 Comparaison des pouvoirs dispersifs de chaque fr´equence
5.4.13 Conclusion sur les histogrammes
6 Mod´elisation
6.1 Pr´esentation du mod`ele
6.1.1 Mod`ele
6.1.2 Cas des faibles anisotropies et principe de r´eversibilit´e
6.2 Nombres adimensionnels
6.3 Carte de valeurs des nombres adimensionnels
6.4 Pr´e-validation par la litt´erature
6.4.1 Montage exp´erimental
6.4.2 Fluides et caract´eristiques physiques
6.4.3 Conditions op´eratoires
6.4.4 Calcul
6.5 Mise en place de la fragmentation
6.5.1 Application au cas GODBILLE
6.6 Calcul de colonne puls´ee.
6.6.1 N ´etages identiques, conduite du calcul
7 Confrontation au mod`ele
7.1 Confrontation avec le calcul
7.1.1 Comparaison `a 0,5Hz
7.1.2 Comparaison `a 1Hz
7.1.3 Comparaison `a 2Hz
7.1.4 Conclusion sur la confrontation
8 Conclusion
Glossaire
Acronymes
R´ef´erences
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