Tesis sobre el tema "Interface turbulent"

The subject of this work is the diffusion of turbulence in a non-turbulent flow. Such phenomenon can be found in almost every practical case of turbulent flow: all types of shear flows (wakes, jet, boundary layers) present some boundary between turbulence and the non-turbulent surround; all transients from a laminar flow to turbulence must account for turbulent diffusion; mixing of flows often involve the injection of a turbulent solution in a non-turbulent fluid. The mechanism of what Phillips defined as “the erosion by turbulence of the underlying non-turbulent flow”, is called entrainment. It is usually considered to operate on two scales with different mechanics. The small scale nibbling, which is the entrainment of fluid by viscous diffusion of turbulence, and the large scale engulfment, which entraps large volume of flow to be “digested” subsequently by viscous diffusion. The exact role of each of them in the overall entrainment rate is still not well understood, as it is the interplay between these two mechanics of diffusion. It is anyway accepted that the entrainment rate scales with large properties of the flow, while is not understood how the large scale inertial behavior can affect an intrinsically viscous phenomenon as diffusion of vorticity. In the present work we will address then the problem of turbulent diffusion through pseudo-spectral DNS simulations of the interface between a volume of decaying turbulence and quiescent flow. Such simulations will give us first hand measures of velocity, vorticity and strains fields at the interface; moreover the framework of unforced decaying turbulence will permit to study both spatial and temporal evolution of such fields. The analysis will evidence that for this kind of flows the overall production of enstrophy , i.e. the square of vorticity omega^2 , is dominated near the interface by the local inertial transport of “fresh vorticity” coming from the turbulent flow. Viscous diffusion instead plays a major role in enstrophy production in the outbound of the interface, where the nibbling process is dominant. The data from our simulation seems to confirm the theory of an inertially stirred viscous phenomenon proposed by others authors before and provides new data about the inertial diffusion of turbulence across the interface.

L'interface turbulent/non-turbulent (TNTI) est une couche très fine entre les régions turbulentes et non turbulentes de l'écoulement. Cette étude vise à mieux comprendre le bilan d'énergie cinétique au voisinage de l'interface turbulent/non-turbulent. L'équation de Kármán-Howarth-Monin-Hill (KHMH) est utilisée pour caractériser le bilan énergétique cinétique local, y compris les transferts d'énergie dans l'espace et entre les échelles. L'analyse est effectuée à l'aide de données obtenues par simulation numérique directe (DNS) finement résolue d'un jet plan turbulent se développant avec le temps. Les lois d'échelles de vitesse et de longueur du jet plan turbulent en evolution temporelle sont différentes de celles de son homologue en développement spatial, dans le sens où ces lois sont indépendantes de l'échelle de dissipation turbulente, qu'elle soit à l'équilibre ou hors équilibre. Il est montré que la variation de la vitesse moyenne de propagation à travers l'épaisseur de la TNTI est fonction de la dimension fractale de la surface à chaque position. Une méthodologie basée sur une opération de moyennage le long de la TNTI est utilisée pour l'analyse de l'écoulement local à proximité de la TNTI. L'analyse du vecteur normal associé à l'orientation locale de la TNTI fournit des informations précieuces sur les caractéristiques géométriques prédominantes de l'interface. Les statistiques moyennes de l'interface sont ensuite conditionnées par sa courbure moyenne et sa vitesse de propagation locale afin de caractériser la variation locale de l'écoulement et le bilan de l'équation KHMH dans les différentes couche de l'interface. Il est démontré que l'épaisseur de la TNTI et de ses sous-couches diminuent de manière significative dans les régions de fort entraînement. Les transferts entre échelles et en espace sont décomposés en une partie solénoïdale et une partie irrotationnelle, ce qui montre l'importance, au niveau de la TNTI, des transferts irrotationnels d'énergie cinétique entre échelles et en espace, associés à la corrélation pression-vitesse. Des phénomènes de compression et d'étirement sont observés en moyenne à proximité de la TNTI, dans les directions respectivement normale et tangentielle à l'interface. L'étude du terme de transfert inter-échelles montre la présence d'une cascade directe dans la direction normale et d'une cascade inverse dans la direction tangentielle. Dans les régions d'entraînement inverse, les statistiques locales montrent un étirement dans la direction normale et de la compression dans la direction tangentielle, ce qui contraste avec les statistiques observées pour l'ensemble de la TNTI et les régions d'entraînement locales. Près de la TNTI, du côté turbulent, un équilibre inattendu ressemblant à celui de Kolmogorov est observé entre le transfert inter-échelle et le taux de dissipation pour une large gamme d'échelles. Pour ces échelles, contrairement à l'équilibre de Kolmogorov habituel pour la turbulence homogène, le transfert inter-échelle est constitué uniquement de la partie irrotationnelle qui est directement associée aux corrélations pression-vitesse
The turbulent/non-turbulent interface (TNTI) is a very sharp interface layer between turbulent and non-turbulent regions of the flow. This study aims to gain insight into the kinetic energy balance in the vicinity of the TNTI. The K'arm'an-Howarth-Monin-Hill equation (KHMH) is used to characterize the local kinetic energy balance including interscale/interspace energy transfers. The analysis is conducted by using a data set obtained by highly resolved direct numerical simulation (DNS) of a temporally developing turbulent planar jet. The scalings for the velocity and length scales of the temporally developing turbulent planar jet are shown to be different from its spatially developing counterpart in the sense that these scalings are independent of the turbulent dissipation scaling, whether equilibrium or non-equilibrium. The variation of the mean propagation velocity across the thickness of the TNTI is shown as a function of the fractal dimension of the surface at each location. Furthermore, a methodology based on a TNTI-averaging operation is used for the analysis of the local flow field in the vicinity of the TNTI. The analysis of the normal vector associated with the local facing direction of the TNTI provides valuable insights into the predominant geometric characteristics of the interface. The TNTI-averaged statistics are further conditioned on the mean curvature and the local propagation velocity of the interface, in order to characterize the variation of the local flow field and KHMH balance in various regions of the interface. The thickness of the TNTI and its sublayers are shown to reduce significantly in regions of fast entrainment. The interscale/interspace transfer terms are decomposed into solenoidal/irrotational parts showing the central importance at the TNTI of the irrotational interscale/interspace transfers of kinetic energy associated with pressure-velocity correlation. Compression and stretching are observed on average at the TNTI location, in the normal and tangential directions of the interface respectively. Investigation of the interscale transfer term shows the presence of a forward cascade in the normal direction and an inverse cascade in the tangential direction. In regions of detrainment, the local statistics display stretching in the normal direction and compression in the tangential direction, which is in contrast with the statistics observed for the entire TNTI and the local entrainment regions. Close to the location of TNTI, on the turbulent side, an unexpected Kolmogorov-like balance is observed between the interscale transfer and the dissipation rate for a wide range of scales. For these scales, unlike the usual Kolmogorov balance for homogeneous turbulence, the interscale transfer consists solely of the irrotational part which is directly associated with the pressure-velocity correlations

This thesis examines turbulent diffusion processes in rectangular and compound open channels, with particular attention to the effect of secondary flow and the relationship between eddy viscosity and eddy diffusivity. Three dimensional velocities and concentration were measured using 3 component Laser Doppler Velocimetry (LDV) combined with Laser Induced Fluorescence (LIF) from three laboratory flumes: one rectangular simple channel and a deep and a shallow compound channel. (Continues...).

The purpose of the current study was to examine the characteristics and behavior of the turbulent/non-turbulent interface on a temporally developing boundary layer. Flow topology, turbulent statistics, enstrophy budgets and spectral statistics were computed with the purpose of acquiring meaningful results.

The aim of the present thesis work is to analyse the enstrophy behaviour of a temporal turbulent plume. Several previous works have focused their attention on the role of vorticity or enstrophy in free shear flows, but they mainly concentrate on jets, wakes or mixing layers. The analysis is performed on a temporal turbulent plume at time t = 40 which shows a Reλ= 89. The analyses performed start from a flow general features assessment. It is retrieved that the coherent vorticity structures inside a plume can be divided in Large Vorticity Structures (LVSs) and Intense Vorticity Structures (IVSs) and that the LVSs are responsible for the Turbulent/Non-Turbulent (T/NT) interface geometrical shape. In addition, the sensitivity to the enstrophy detection threshold is tested and verified retrieving a good interface robustness. The characteristics of the T/NT interface are analysed exploiting the traditional mean enstrophy budget equation and the conditional mean enstrophy budget equation.

Energetic ion dynamics play an important role in magnetic confinement fusion (MCF) plasmas, as well as in the solar wind. In the former case, energetic ions such as neutral beam injection (NBI) ions and fusion-born alpha-particles, can interact with global modes in tokamak plasmas leading to instabilities that might result in loss of confinement and energy. In the latter case, ion dynamics must be taken into account in order to explain in situ and remote observations of heating of the solar wind, which show the occurrence of anisotropic heating of ions, as well as magnetohydrodynamics turbulence and intermittency all at the same time. In this thesis we address two scenarios in plasma physics where ion dynamics play a key role modifying the mass and energy transport in the plasma, specifically, ion cyclotron emission (ICE) in MCF plasmas, and preferential ion heating due to intermittent magnetic fields in the solar wind. ICE results from a radiative instability, probably the magnetoacoustic cyclotron instability (MCI), driven by energetic ions in MCF plasmas. Understanding the underlying physics of ICE is important for the exploitation of ICE as a non-perturbative diagnostic for confined and lost alpha-particles in deuterium-tritium (D-T) plasmas in future thermonuclear fusion reactors [McClements et al., Nucl. Fusion, 55, 043013 (2015); Dendy and McClements, Plasma Phys. Controlled Fusion, 57, 044002 (2015)]. On the other hand, preferential ion heating in the solar wind, observed as the occurrence of an ion beam which drifts along the background magnetic field with a velocity close to the local Alfven speed, is still an open problem. Despite the large amount of studies conducted in this issue, none of them included intermittency self-consistently. Therefore, the relationships between preferential ion heating and intermittency have remained unknown, until now. We study in detail the previously mentioned scenarios through numerical simulations using the hybrid approximation for the plasma, which treat ions as kinetic particles and electrons as a neutralizing massless fluid. Our hybrid simulations of the MCI confirm predictions of the analytical theory of the MCI, and recover some features of ICE as observed in D-T plasmas in JET. Furthermore, by going deep into the nonlinear stage of the MCI, we recover additional features of ICE which are not predicted by the linear theory of the MCI but are present in the measured ICE signal, resulting in a good match between our simulation results and the measured ICE intensity in JET. On the other hand, we present the first study of preferential ion heating in the fast solar wind including intermittent electromagnetic fields in a self-consistent way. We find that the temporal and spatial dynamics of the mechanisms driving preferential ion heating in our simulations (gyrobunching and ion trapping by the electric field), the ion temperature anisotropy T=T (perpendicular temperature/parallel temperature), and the degree of correlation between velocity and magnetic field fluctuations, show strong dependence on the level of intermittency in the electromagnetic fields.

Le travail présenté dans cette thèse concerne l'étude de l'influence de fortes instationnarités d'écoulement sur la dispersion de gouttes. Le sujet est abordé selon les trois aspects suivants: simulation numérique, modélisation, expérimentation qui sont appliqués à deux géométries de base: marche descendante, zone de mélange. Des moyens originaux de visualisation, traitement d'image, et mesure sont utilisés pour caractériser l'écoulement: trajectographie de gouttes par vidéo rapide, anemogranulométrie par technique phase doppler. La simulation numérique: approche déterministe instationnaire lagrangienne pour la phase liquide, couplés a un calcul instantané de la phase gazeuse, est validée par l'expérience. Cinq approches stochastiques sont ensuite mises en œuvre pour la phase liquide (couplées à un calcul k-) et comparées aux approches précédentes. Une première analyse relative aux performances de ces différents modèles est présentée.

Les explosions sphériques entraînent des perturbations importantes de l'interface entre les produits de détonation et l'air. Ces instabilités jouent un rôle dominant dans la détermination du volume de la "boule de feu". Un calcul sphérique unidimensionnel classique conduit un volume de sphère très inférieur à celui mesuré expérimentalement. De plus, des réactions de post-combustion peuvent avoir lieu dans la zone de mélange, libérant une énergie deux fois supérieur à celle de la détonation, déjà considérable. À une échelle suffisamment petite, on distingue les longueurs d'onde des instabilités et les tailles de jets, mais à une échelle plus globale, on observe une couche de mélange où la forme précise de l'interface n'est plus visible. Les deux phases (produits détonation et de l'air) s'interpénètrent, et par conséquent, l'interface devient une zone de mélange. Pour calculer correctement chacune des instabilités, une approche multidimensionnelle semble s'imposer. Cependant, un grand nombre de cellules est nécessaire pour calculer une structure unique de la zone de mélange. En outre, pour une instabilité isolé, le maillage entraînent des instabilités parasites qui dépendent fortement de la viscosité numérique du schéma utilisé. L'approche multidimensionnelle, basée sur la simulation numérique directe, présente donc des difficultés. En réalité, nous ne voulons pas calculer la forme exacte des instabilités de l'interface, mais seulement l'épaisseur de la couche de mélange et les champs de concentrations des phases dans celle-ci. Ainsi, une approche unidimensionnelle peut être suffisante. L'objectif est d'écrire un modèle unidimensionnel décrivant le phénomène d'interpénétration. Trois modèles ont alors été construits à partir du modèle diphasique de l'Baer et Nunziato (1986). Nous obtenons des résultats intéressants avec les deux premiers sur des problématiques d'épaississement d'interface, mais ils sont insuffisants. Le dernier modèle, qui dérive des deux premiers, a été validé sur des tests d'explosions sphériques.

Ce travail presente la mise au point et l'exploitation d'une technique d'absorption laser tridirectionnelle simultanee, afin de suivre l'evolution d'une zone de melange gazeuse issue de l'instabilite de richtmyer-meshkov, creee par l'interaction entre une onde de choc et une interface separant deux fluides de densites differentes. Cette methode de diagnostic est basee sur des mesures d'absorption infrarouge par le dioxyde de carbone (co#2) present dans l'ecoulement. Trois configurations experimentales ont ete testees, au cours desquelles nous avons pu etudier les cas ou l'onde de choc se propage d'un gaz lourd vers un gaz leger (interface co#2/he), au travers d'une interface separant deux gaz de densites voisines (interface co#2/ar) et enfin d'un gaz leger vers un gaz lourd (interface co#2/kr). Nous presentons l'evolution des profils de densite partielle de co#2 au sein de la zone de melange obtenus simultanement au centre, pres des parois et aux coins du tube a choc a double diaphragme a section carree. Nous exposons aussi l'aspect tomographique le long de la zone de melange en differentes coupes perpendiculairement a l'ecoulement. Nous developpons par la suite une etude sur l'evolution de l'epaisseur et du volume de melange en mettant l'accent sur l'influence de la couche limite parietale, suivie d'une reflexion sur un modele de correlation empirique regissant l'evolution du melange a partir de son volume. Nous abordons enfin un aspect numerique avec le code monodimensionnel bhr simulant l'interaction choc/interface qui presente l'originalite d'utiliser un modele de melange turbulent compressible tres complet. Ce modele statistique, implante dans un code d'hydrodynamique lagrangien, nous a permis de simuler les experiences realisees au cours de cette etude

Les échanges de chaleur et de quantité de mouvement à l'interface-océan atmosphère jouent un rôle majeur dans la formation et la dynamique des masses d'air et d'eau. Malgré des décennies de recherche, nous avons encore besoin d'améliorer nos connaissances sur ces échanges, et plus spécifiquement nos connaissances sur les flux turbulents, qui sont des variables clés dans les modèles météorologiques et de climat. Dans ces modèles, les processus turbulents sont des processus sous-maille, non-résolus explicitement, ainsi les flux turbulents doivent être modélisés, au travers de paramétrisations, qui sont pour la plupart réalisées à partir de la théorie des similitudes de Monin-Obukhov [1954]. Cependant, d'une part, l'utilisation d'un modèle implique que les coefficients doivent être ajustés. D'autre part, le modèle lui-même peut demander des améliorations. Malheureusement, l'obtention d'estimations de flux avec une bonne précision est un gros défi, à cause des effets intrusifs de la plate-forme sur la mesure, de la précision limité des instruments et des capacités d'échantillonnages propres de chaque instrument.Notre étude porte sur l'estimation des flux turbulents en mer à partir de mesures réalisées avec la nouvelle plate-forme OCARINA (trimaran autonome) lors des campagnes STRASSE 2012 et AMOP 2014. Nous analysons les caractéristiques de la turbulence dans la couche limite de surface, nous estimons les flux turbulents par différentes méthodes, et nous comparons les valeurs des flux en fonction des conditions environnementales, en prenant en compte l'état de mer
Exchanges of heat and momentum at the air-sea interface play a major role in the formation and the dynamics of water and air masses. In spite of decades of research, we still need to improve our knowledge of these exchanges, and more specifically our knowledge of turbulent fluxes, which are key variables in meteorological and climate models. In these models, sub-grid turbulent processes, thus turbulent fluxes also have to be modeled, which is mostly done with the Monin-Obukhov (1954, MOS hereafter) similarity theory. However, on the one hand, the use of a model implies that coefficients have to be adjusted. On the other hand, the model itself may require improvements. Unfortunately, obtaining flux estimates that have a good accuracy is a challenging effort, because of the intrusive effect of the platform, the limited accuracy the instruments, and because the instruments have their own sampling volume.Our study focuses on the estimation of turbulent fluxes at sea from measurements made with the new OCARINA platform (autonomous trimaran) during two campaigns : STRASSE 2012 and AMOP 2014. We analyze the characteristics of turbulence in the surface boundary layer, we estimate the turbulent fluxes by different methods, and compare the values of fluxes depending on environmental conditions, taking into account the sea state

This thesis focuses on the study of flow and heat transfer in porous media in both laminar and turbulent flow regimes, by using Volume Averaged Reynolds Navier Stokes (VARNS) approach. The main concern is to investigate the possibility of using porous media for the gas turbine blade cooling. Very recently, using this technique in blade cooling, particularly with internal cooling, has motivated many researchers due to an effective enhancement in the blade cooling. In this study turbulence is represented by using the Launder-Sharma low-Reynolds-number k-Îμ turbulence model, which is modified via proposals by Nakayama and Kuwahara (2008) and Pedras and de Lemos (2001) for extra source terms in the turbulent transport equations to account for the porous structure, which is treated as rigid and isotropic. Due to the changing of the effective porosity as the clear fluid region is approached, the porosity and additional source term in the macroscopic Reynolds averaged Navier-Stokes equations are relaxed across a thin transitional layer at the edges of the porous media. This is achieved by utilizing exponential damping relations to consider these changes. The Local Thermal Equilibrium (LTE) (one-energy equation) model is used for the thermal analysis in porous media. In order to investigate the validity of the extended model, laminar and turbulent flow in different cases, fully developed and developing flows, have been considered. For laminar flows, fully developed plane channel flows with one and two porous layers, a channel with a single porous block and partially filled porous channel flows have been examined for the purpose of validating the extra drag terms in the momentum equations. For the validation purpose for turbulent flows in porous media, the extended model has been tested in homogeneous porous media, turbulent porous channel flows, turbulent solid/porous rib channel flows, and repeated turbulent porous baffled channel flows. Results of all laminar cases show excellent qualitative agreements with the available numerical calculations and experimental data. Results of all turbulent cases show that the extended model returns generally satisfactory accuracy through the comparisons with the available data, except for some predictive weaknesses in regions of either impingement or adverse pressure gradients, both of which are largely due the underlying eddy-viscosity model formulation employed. Thus, from all results, it can be confirmed that the extended model is promising for engineering applications.

Nous étudions par simulation numérique le transport et le dépôt turbulent d'inclusions d'oxydes métalliques (de l'ordre de 10 µm de diamètre) en suspension dans l'acier liquide. Deux surfaces de dépôt sont envisagées : l'interface acier liquide/paroi solide et l'interface métal liquide/laitier. Dans les deux cas, nous nous focalisons sur la couche limite adjacente à l'interface. Le comportement des inclusions en suspension est examiné à l'aide d'un suivi lagrangien où le poids, la poussée d'Archimède, la force d'accélération en volume, la force de masse ajoutée et la force de traînée sont prises en compte dans l'équation de la dynamique. Dans le cas de la paroi solide, nous nous appuyons sur une représentation schématique de l'écoulement du métal liquide dans la sous-couche visqueuse et dans la zone tampon, où les structures turbulentes qui apportent le liquide à la paroi (sweeps) ou l'éjectent (bursts) sont décrites analytiquement (modèle d'Ahmadi). Les simulations numériques montrent que les mécanismes principaux de dépôt des inclusions sont la sédimentation et dans une moindre mesure l'interception directe. Notons cependant que la contribution de l'interception directe croît avec l'intensité turbulente de l'écoulement et peut devenir prépondérante pour les vitesses de frottement les plus élevées (au-delà de 0,1 m.s-1). Les effets inertiels ont, quant à eux, une contribution négligeable sur le dépôt des inclusions (contrairement au cas des aérosols). Enfin, la prise en compte des interactions hydrodynamiques entre les inclusions et la paroi solide conduit à une diminution significative de la vitesse de dépôt des inclusions. Dans le cas de l'interface acier liquide/laitier, l'écoulement du métal liquide est calculé par simulation numérique directe (DNS) à l'échelle de la couche de surface. La turbulence, générée à distance de l'interface par un forçage aléatoire, diffuse vers l'interface métal liquide/laitier modélisée comme une surface libre indéformable. L'évolution des inclusions en suspension est obtenue par un suivi lagrangien à l'aide d'un couplage one-way. Le nombre de Reynolds de surface des simulations varie de 68 à 235. Le diamètre des inclusions varie de 10-5m à 5.10-5m et le rapport entre la densité des inclusions et la densité du métal varie de 0,5 (inclusions d'alumine) à 1 (inclusions fictives). Il apparaît que le dépôt des inclusions d'alumine est contrôlé par la sédimentation. En l'absence d'effet gravitaire, le dépôt d'inclusions est contrôlé par l'interception directe et dépend fortement du nombre de Reynolds de surface. Dans ce dernier cas, nous montrons que la vitesse de dépôt adimensionnée par la vitesse de Kolmogorov de surface est proportionnelle au diamètre des inclusions adimensionné par la longueur de Kolmogorov de surface. La prise en compte des interactions hydrodynamiques entre les inclusions et la surface libre conduit à une diminution de moitié de la contribution de l'interception directe mais affecte peu la contribution gravitationnelle. En outre, en l'absence d'effet gravitaire, la linéarité entre la vitesse de dépôt adimensionnée et le diamètre des inclusions adimensionné est conservée.

Nous étudions par simulation numérique le transport et le dépôt turbulent d’inclusions d’oxydes métalliques (de l’ordre de 10 µm de diamètre) en suspension dans l’acier liquide. Deux surfaces de dépôt sont envisagées : l’interface acier liquide/paroi solide et l’interface métal liquide/laitier. Dans les deux cas, nous nous focalisons sur la couche limite adjacente à l’interface. Le comportement des inclusions en suspension est examiné à l’aide d’un suivi lagrangien où le poids, la poussée d’Archimède, la force d’accélération en volume, la force de masse ajoutée et la force de traînée sont prises en compte dans l’équation de la dynamique. Dans le cas de la paroi solide, nous nous appuyons sur une représentation schématique de l’écoulement du métal liquide dans la sous-couche visqueuse et dans la zone tampon, où les structures turbulentes qui apportent le liquide à la paroi (sweeps) ou l’éjectent (bursts) sont décrites analytiquement (modèle d’Ahmadi). Les simulations numériques montrent que les mécanismes principaux de dépôt des inclusions sont la sédimentation et dans une moindre mesure l’interception directe. Notons cependant que la contribution de l’interception directe croît avec l’intensité turbulente de l’écoulement et peut devenir prépondérante pour les vitesses de frottement les plus élevées (au-delà de 0,1 m.s-1). Les effets inertiels ont, quant à eux, une contribution négligeable sur le dépôt des inclusions (contrairement au cas des aérosols). Enfin, la prise en compte des interactions hydrodynamiques entre les inclusions et la paroi solide conduit à une diminution significative de la vitesse de dépôt des inclusions. Dans le cas de l’interface acier liquide/laitier, l’écoulement du métal liquide est calculé par simulation numérique directe (DNS) à l’échelle de la couche de surface. La turbulence, générée à distance de l’interface par un forçage aléatoire, diffuse vers l’interface métal liquide/laitier modélisée comme une surface libre indéformable. L’évolution des inclusions en suspension est obtenue par un suivi lagrangien à l’aide d’un couplage one-way. Le nombre de Reynolds de surface des simulations varie de 68 à 235. Le diamètre des inclusions varie de 10-5m à 5.10-5m et le rapport entre la densité des inclusions et la densité du métal varie de 0,5 (inclusions d’alumine) à 1 (inclusions fictives). Il apparaît que le dépôt des inclusions d’alumine est contrôlé par la sédimentation. En l’absence d’effet gravitaire, le dépôt d’inclusions est contrôlé par l’interception directe et dépend fortement du nombre de Reynolds de surface. Dans ce dernier cas, nous montrons que la vitesse de dépôt adimensionnée par la vitesse de Kolmogorov de surface est proportionnelle au diamètre des inclusions adimensionné par la longueur de Kolmogorov de surface. La prise en compte des interactions hydrodynamiques entre les inclusions et la surface libre conduit à une diminution de moitié de la contribution de l’interception directe mais affecte peu la contribution gravitationnelle. En outre, en l’absence d’effet gravitaire, la linéarité entre la vitesse de dépôt adimensionnée et le diamètre des inclusions adimensionné est conservée
The deposition of metallic oxide inclusions (of about 10 µm in diameter) suspended in liquid steel is studied by numerical simulation. Two types of deposition surface are investigated, i.e., the liquid steel/solid wall interface and the liquid steel/liquid slag interface. In both cases, we focus on the boundary layer adjacent to the interface. The inclusion behavior is examined thanks to Lagrangian particle tracking: Newton’s second law governing inclusion motion includes the buoyancy force, the pressure gradient force, the added mass force and the steady drag force.For the liquid steel/solid wall interface, the inclusion behavior is analyzed in the buffer layer and in the viscous layer. These layers are described according to Ahmadi’s model, which provides a kinematic representation of the turbulent structures responsible for deposition, i.e., the sweeps and the bursts of liquid. The numerical simulations show that the deposition is mainly controlled by sedimentation. However, since the direct interception contribution increases with the turbulence intensity, direct interception becomes dominant for the highest values of the friction velocity (greater than 0.1 m.s-1). When the hydrodynamic interactions between the inclusions and the solid surface are taken into account, the deposition velocity is significantly reduced. Finally, it should be noted that the inertial forces have a negligible effect on the inclusion deposition velocity. For the liquid steel/liquid slag interface, the inclusion turbulent deposition is investigated using direct numerical simulation of the liquid flow combined with Lagrangian particle tracking under conditions of one-way coupling. The interface is modeled as a non-deformable free-slip surface. Unsheared turbulence is generated by random forcing in a finite-height region parallel to the free-slip surface. In between, the turbulence diffuses toward the free surface. The Reynolds number at the interface varies from 68 to 235. The inclusion diameter varies from 10-5m to 5.10-5m and the particle to liquid density ratio from 0.5 (alumina inclusions) to 1 (fictitious inclusions). It appears that the deposition of alumina inclusions is controlled by sedimentation whereas direct interception is the only deposition mechanism for non-buoyant inclusions. In the latter case, the deposition velocity strongly depends on the surface Reynolds number. It is shown that the deposition velocity made dimensionless by the free surface characteristic velocity scales as the inclusion diameter made dimensionless by the Kolmogorov length scale calculated at the free surface. When the hydrodynamic interactions between the inclusions and the free surface are taken into account, the direct interception contribution of the deposition velocity is significantly reduced (about half of the value without hydrodynamic retardation) but the scaling law is conserved

Les flux turbulents à l’interface air-mer représentent le lien entre l’océan et l’atmosphère et jouent donc un rôle majeur dans le système climatique. Dans les modèles de climat, les processus turbulents sont des processus sous-maille, non résolus explicitement, et doivent donc être paramétrés. Ils sont estimés à partir des variables d’états atmosphériques et océaniques au moyen de modèles mathématiques qu’on nomme « paramétrisations bulk ». Ce travail de thèse a pour objectif de caractériser et comprendre les liens entre la représentation des flux turbulents à l’interface air-mer et le fonctionnement d’un modèle de climat à différentes échelles de temps dans les régions tropicales. Pour étudier ces liens, j’ai développé une stratégie de modélisation utilisant un modèle 1D atmosphérique (SCM), un modèle de circulation générale océanique (OGCM) où atmosphérique (AGCM) et un modèle couplé (GCM). L’analyse des simulations SCM permet d’étudier la réponse directe d’un modèle à la modification de la paramétrisation des flux turbulents. On montre que cette dernière régule la quantité d’eau, d’énergie et de quantité de mouvement disponible pour le système et donc son fonctionnement. Elle représente plus de 60% des différences de flux de chaleur latente simulées entre deux modèles de climat dans les périodes convectives. L’impact spatial de la paramétrisation des flux turbulents est étudié au travers des simulations AGCM. Elles mettent en évidence le lien entre la paramétrisation, son effet sur les gradients d’humidité et de température à grande échelle, et donc son influence sur la circulation atmosphérique. L’étude des simulations OGCM souligne quant à elle le rôle principal du vent pour le fonctionnement des océans tropicaux. Si le vent pilote les variations de SST dues à son impact sur la dynamique océanique et principalement sur le sous-courant équatorial, l’humidité, la température et les flux radiatifs n’influencent quant à eux que la surface océanique et sont donc d’une moindre importance. Enfin, l’analyse des simulations GCM met en évidence les rétroactions et l’ajustement engendrés par la modification des flux turbulents. Lors du couplage des deux composantes l’océan agi comme un tampon et absorbe la modification des flux turbulents ce qui entraine une modification de la SST. L’ajustement qui se produit entraine une modification des variables atmosphériques qui amène à un nouvel état d’équilibre du système. La paramétrisation des flux turbulents de surface agit au premier ordre sur l'équilibre énergétique d'un modèle couplé et peut donc amener à des climats simulés différents. Cette étude étant centrée sur les tropiques, une perspective intéressante serait d’étendre l’étude de la représentation des flux turbulents à d’autres échelles spatio-temporelles (i.e. zones extratropicales/fréquence journalière). Cela permettrait de valider le fonctionnement systématique des paramétrisations définies dans cette thèse à l’échelle globale
The turbulent fluxes at the air-sea interface represent the link between the ocean and the atmosphere and therefore play a major role in the climate system. In climate models, turbulent processes are subgrid scale processes, not explicitly resolved, and must therefore be parameterized. They are estimated from atmospheric and oceanic state variables using mathematical models called “bulk parameterizations”. This thesis aims to characterize and understand the links between the representation of turbulent fluxes at the air-sea interface and the behavior of a climate model at different time scales in tropical regions. To study these links, I developed a modeling strategy using an atmospheric 1D model (SCM), an oceanic (OGCM) or atmospheric (AGCM) general circulation model and a coupled model (GCM). The analysis of SCM simulations allows us to study the direct response of a model to modifications of the turbulent fluxes parameterization. It is shown that it regulates the amount of water, energy and momentum available to the system and therefore its behavior. It can thus represent more than 60% of simulated latent heat flux differences between two climate models in convective periods. The spatial impact of the parameterization of turbulent fluxes is studied through AGCM simulations. They highlight the link between parameterization, its effect on large-scale moisture and temperature gradients, and thus its influence on atmospheric circulation. The study of OGCM simulations underlines the main role of the wind for the behavior of the tropical oceans. If the wind drives changes in SST due to its impact on ocean dynamics and mainly on the equatorial undercurrent, humidity, temperature and radiative flux only influence the ocean surface and are therefore of lesser importance. Finally, the analysis of GCM simulations highlights the feedbacks and the adjustment generated by the modification of turbulent fluxes. When coupling the two components, the ocean acts as a buffer and absorbs the modification of the turbulent fluxes, which leads to a modification of the SST. The adjustment that occurs causes a modification of the atmospheric variables which leads to a new state of equilibrium of the system. The parameterization of surface turbulent fluxes acts at first order on the energy equilibrium of a coupled model and can therefore lead to different simulated climate state. Since this study is focused on the tropics, an interesting perspective would be to extend the study of the turbulent fluxes representation to other spatio-temporal scales (i.e. extra-tropical areas / daily frequency). This would make it possible to validate the systematic behavior of the parameterizations defined in this thesis on a global scale

Etude theorique et experimentale de l'ecoulement d'un film liquide mince sur une paroi solide, plane, lisse, faiblement inclinee par rapport a l'horizontale. On etablit les equations generales de conservation dans la phase liquide et dans la phase gazeuse. On observe differents regimes d'ecoulement : laminaire lisse, laminaire ondule et turbulent avec ou sans intermittence

Measurements of the small-scale dissipation statistics of turbulent boundary layer flows with and without free-stream turbulence are reported for Reτ ≈ 1000 (Reθ ≈ 2000). The scaling of the dissipation scale distribution is examined in these two boundary conditions of external wall-bounded flow. Results demonstrated that the local large-scale Reynolds number based on the measured longitudinal integral length-scale fails to properly normalize the dissipation scale distribution near the wall in these two free-stream conditions, due to the imperfect characterization of the upper bound of the inertial cascade by the integral length-scale. When a length-scale based on Townsend's attached-eddy hypothesis is utilized to describe the local large-scale Reynolds number near the wall, the description of the Reynolds number scaling was determined to be significantly improved and agreed with that found in homogeneous, isotropic turbulence. However, the scaling based on Townsend's attached-eddy hypothesis agreed best for the lowest 40% of the boundary layer thickness and then it degraded due to the loss of the validity of the attached eddy-hypothesis and the onset of external intermittency. A surrogate large-scale found from turbulent kinetic energy and mean dissipation rate improved the scaling of the dissipation scales, relative to the measured integral length-scale. The probability density functions of the local dissipation scales were calculated. When the three local large-scale Reynolds numbers are used for normalization, the one based on the longitudinal integral length-scale and the one based on the length-scale of attached-eddy hypothesis provide support for the existence of a universal distribution of the local dissipation scales up to the edge of the outer region of the turbulent boundary layer, which scales differently for inner and outer regions. However, the probability density functions of the local dissipation scales normalized by these two large-scale Reynolds numbers are deviated in interface locations for the flow without free-stream turbulence due to external intermittency. The surrogate large-scale provided the best agreement throughout the entire depth of the boundary layer. However, in the outer part of the boundary layer, a significantly reduced collapse in the scaled probability density functions was shown due to bias in the calculation introduced by the intermittent presence of laminar flow in the time series. To support that intermittency argument, injection of the free-stream turbulence was determined to improve the distribution of these normalized probability density functions in the intermittency locations for the flow regime without free-stream turbulence. In addition, unlike in channel flow, in the outer part of the turbulent boundary layer, the normalized distributions of the local dissipation scales were observed to be dependent on wall-normal position. This was found to be attributable to the presence of external intermittency in this outer part as the presence of free-stream turbulence was found to restore the scaling behavior by replacing the intermittent laminar flow with turbulent flow. Thus, the influence of external intermittency on the scaling of the dissipation scale distribution was examined in greater detail for the laminar free-stream condition. Probability density functions of the dissipative scales were compared with, and without, accounting for the external intermittency using an intermittency detection function. Results showed that accounting for the external intermittency produces restores universality in the shapes of the probability density functions at the same wall-normal location at different instances in time. In addition, properly scaling the dissipation-scale-distribution collapses the probability density functions calculated at different wall-normal locations. This improvement in the scaling of the dissipation-scale-distribution supports prior observations of universality of the small-scale description of the turbulence for wall-bounded flow.

Richtmyer-Meshkov instability is studied in shock tube experiments with an Atwood number of 0.7. The interface is formed in a vertical shock tube using opposed gas flows, and three-dimensional random initial interface perturbations are generated by the vertical oscillation of gas column producing Faraday waves. Planar Laser Mie scattering is used for flow visualization and for measurements of the mixing process. Experimental image sequences are recorded at 6 kHz frequency and processed to obtain the time dependent variation of the integral mixing layer width. Measurements of the mixing layer width are compared with Mikaelian's [1] model in order to extract the growth exponent. where a fairly wide range of values is found varying from theta approximate to 0.2 to 0.6.

Cas d'une turbulence de grille oscillante dans un fluide stratifie en bicouche en rotation. On etablit une loi d'entrainement faisant intervenir deux parametres adimensionnels representant la rotation et la stratification

Les interactions complexes entre interfaces et turbulence modifient considérablement les propriétés des écoulements. Pour tenir compte de ces interactions en minimisant le coût numérique des simulations, notre stratégie consiste à utiliser et à améliorer une méthode de SND pour développer le concept Interface and Subgrid Scale. ISS est un équivalent pour les écoulements diphasiques de la simulation des grandes échelles pour les écoulements monophasiques. Son objectif est de tenir compte des interactions entre interfaces et turbulence dans des modèles sous-maille. En appliquant un filtre spatial aux équations, nous avons exhibé les termes sous-maille spécifiques aux ecoulements diphasiques qui nécessitent une fermeture. Grâce à des tests a priori réalisés sur de nombreuses SND, nous avons montré que l’hypothèse de similarités d’échelles, réinterprétée près de la discontinuité, permet de modéliser les interactions sous-maille entre interfaces et turbulence. De façon complémentaire, et à l’aide de la méthode des développements asymptotiques raccordés, nous avons déterminé les relations de saut des grandeurs filtrées et établi l’équation de transport du lieu de ces relations de saut, i.e. de l’interface filtrée discontinue.

Despite the staggering volume of work in the open literature on primary and secondary atomization, there is nothing known that addresses the mechanisms for, and injector geometry implications for, primary atomization within a self-sustained pulsating transonic three-stream injector. Thus, a computational effort involving 86 simulations, including multiple validation exercises, has been executed in order to develop a numerical foundation and then study the effects of nozzle geometry, numerical methodology, grid resolution, modeled domain extent, feed rates, feed flow modulation, feed flow swirl, feed materials, and operating conditions. This is the first undertaking ever reported to disclose the intense details of transonic pulsating flows within the three-stream injector. Metrics for assessment of acoustics and temporal spray character were numerous. Frequency responses among those metrics implied a common pulsation-driving mechanism. It has been discovered that liquid bridging with the production of a liquid fountain and shocklet-like structures in the retracted (pre-filming) zone, along with localized gas-liquid normal pressure gradients, are responsible for bulk pulsations. These findings were never reported in the literature, thus represent an important contribution of this study. Unexpectedly, a new trend for temporal mean droplet size, when normalized by distance from the nozzle, versus distance from the nozzle has been found, which took a common form among all geometries and feed materials tested. Therefore, there is some value to simulate air-water flows, first, to scope general parameters and characteristics, before modeling more computationally challenging slurry flows. This represents an additional contribution of this work not previously reported in the literature. Newly unveiled strong interactions between feed materials, geometry, and feed rate were discovered. Various combinations of inner nozzle retraction and slurry annular thickness were shown to be advantageous, depending on the goals of the injection system. The importance of either geometry variable for three-stream injectors has not been quantified until now. The predictive power of various modeling frameworks has been assessed for the first time. Axi-symmetric (AS) simulations can successfully predict absolute acoustic details; remarkably and surprisingly, AS simulations can also be used for directional indicators of bulk droplet size. This is an especially powerful revelation given the massive reduction in computational requirements for AS models. Reduced order 3-D models are required for better droplet size estimates. A relatively simple eddy-viscosity turbulent model seems to be adequate for predicting droplet sizes for three-stream injectors, in which the primary energy source is bulk pulsations. For larger two-stream systems (atomization energy is sourced in local shear layer instability development), however, a state-of-the-art hybrid model (newly implemented for this effort) appeared to be necessary to capture the resulting droplet scales. Lastly, droplet size and characteristic flow length scale predictions for two open literature non-Newtonian liquid atomizers were made available.
Ph. D.

L’étude du transfert de masse turbulent aux interfaces gaz-liquide est d’un grand intérêt dans de nombreuses applications environnementales et industrielles. Bien que ce problème soit étudié depuis de nombreuses années, sa compréhension n’est pas encore suffisante pour la création de modèles de transfert de masse réalistes (de type RANS ou LES sous maille), en particulier en présence d’une phase liquide à rhéologie complexe. Ce travail expérimental a pour but l’étude des aspects fondamentaux du transfert de masse turbulent à une interface plane horizontale entre du dioxyde de carbone gazeux et une phase liquide newtonienne ou non, agitée par une turbulence homogène quasi isotrope. Les milieux liquides non newtoniens étudiés sont des solutions aqueuses d’un polymère dilué à des concentrations variables et aux propriétés viscoélastiques et rhéofluidifiantes. Deux méthodes de mesure optiques permettant l’obtention du champ de vitesse de la phase liquide (SPIV) et de concentration du gaz dissout (I-PLIF) sont couplées tout en maintenant une haute résolution spatiale, afin de déduire les statistiques de vitesse et de concentration couplées dans les premiers millimètres sous la surface. Une nouvelle version de I-PLIF est développée pour les mesures en proche surface. Elle peut également s’appliquer dans différentes études de transfert de masse. La turbulence de fond est générée par un dispositif de grille oscillante. Les mécanismes de production et les caractéristiques de la turbulence sont étudiés. L’importance de la composante oscillante de la turbulence est discutée, et un phénomène d’amplification de l’écoulement moyen est mis en évidence. Les mécanismes du transfert de masse turbulent à l’interface sont finalement observés pour l’eau et une solution de polymère dilué à faible concentration. L’analyse conditionnelle des flux de masse turbulent permet de mettre en évidence les évènements contribuant au transfert de masse et de discuter de leur impact relatif sur le transfert total
The study of turbulence induced mass transfer at the interface between a gas and a liquid is of great interest in many environmental phenomena and industrial processes. Even though this issue has already been studied for several decades, its understanding is still not good enough to create realistic models (RANS or sub-grid LES), especially when considering a liquid phase with a complex rheology. This experimental work aims at studying fundamental aspects of turbulent mass transfer at a flat interface between carbon dioxide and a Newtonian or non-Newtonian liquid, stirred by homogeneous and quasi isotropic turbulence. Non-Newtonian fluids studied are aqueous solutions of a model polymer, Xanthan gum (XG), at various concentrations, showing viscoelastic and shear-thinning properties. Optical techniques for the acquisition of the liquid phase velocity field (Stereoscopic Particle Image Velocimetry, SPIV) and dissolved gas concentration field (Inhibited Planar Laser Induced Fluorescence, I-PLIF) are for the first time coupled, keeping a high spatial resolution, to access velocity and concentration statistics in the first few millimetres under the interface. A new version of I-PLIF is developed. It is designed to be more efficient for near surface measurements, but its use can be generalized to other single or multiphase mass transfer situations. Bottom shear turbulence in the liquid phase is generated by an oscillating grid apparatus. The mechanisms of turbulence production and the characteristics of oscillating grid turbulence (OGT) are studied. The importance of the oscillatory component of turbulence is discussed. A mean flow enhancement effect upon polymer addition is evidenced. The mechanisms of turbulent mass transfer at a flat interface are finally observed in water and low concentration polymer solutions. A conditional analysis of turbulent mass fluxes allows to distinguish the type of events contributing to mass transfer and discuss their respective impact in water and polymer solutions

This research is aimed to develop a homogenized model for practical applications of the fluid flow over and through the microstructured surfaces, which prescribed reliable estimates of the linear response of overall structures. The up-scaling method based on asymptotic theories is used to treat the fluid flow problems where various spatial scales (microscopic and macroscopic) are present. The goal of this work is to provide an in-expensive high-order homogenized framework for the flows over complex textures such as elastic and rigid rough surfaces, isotropic and orthotropic porous media, with periodic internal distributions, independent of the material properties and the constituent's geometrical arrangement in a reliable way. The framework includes effective conditions corrected up to the high-order as a replacement of the micro-textured surfaces, producing sizeable effects on the overlaying flow as compared to the classical Navier's conditions. These effective conditions contain parameters that are non-empirical and stems from the numerical solution of auxiliary Stokes-like problems. These conditions developed for different applications are tested on the classical problems such as Hiemenz stagnation point flow over a rough plate, Hiemenz stagnation point flow over isotropic and orthotropic porous bed, backward-facing step with porous step region, and flow over the permeable channel, to test the accuracy and working capability of the framework for different flow situations. For simulation purposes, commercial software COMSOL academic version 5.4, open-source solver FreeFEM, and commercial software Star-CCM+ by are used. The outcomes of the model simulations are compared with exact simulations of our own and with literature. The overall results suggested that the homogenized model is computationally inexpensive compared to the feature-resolving simulations and can provide a quick design of drag-altering micro-textured surfaces. Moreover, the present model is flexible for further amendments to tackle complex engineered and industrial fluid flow problems.

The overarching goal of this work is to advance the current knowledge of hydrodynamic instabilities (namely, Richtmyer-Meshkov and Kelvin-Helmholtz instabilities) and associated turbulent mixing phenomena which is important for several emerging technologies and verification/validation of numerical models being developed to study these phenomena. Three experimental campaigns were designed to focus on understanding the evolution of the instability under different impulsive acceleration histories and highlight the impact of initial conditions on the developing turbulent flow environment. The first campaign highlights the importance of initial baroclinic torque distribution along the developing shocked interface in a twice-shocked variable-density flow environment. The second campaign is a parametric study which aims at providing a large dataset for validating models in literature as well as simulations. In the last study, a new type of initial condition was designed to study the effect of initial conditions on late time turbulent flows. A description of the optical diagnostic techniques developed in our laboratory in order to complete these studies will be given. Now each campaign will be introduced. In the first campaign, an inclined interface perturbation is used as the initial condition. The Mach number (1.55), angle of inclination (60 degrees), and gas pair (N2/CO2) were held constant. The parameter which changed was the distance that the initial condition was placed relative to the end of the shock tube (i.e., the end of the test section). Three distances were used. The vorticity distribution was found to be very different for the most developed case after reshock. Furthermore, the most developed case started to develop an inertial range before reshock. The second campaign is parametric and seeks to test a proposed inclined interface scaling technique. The data is also useful for comparing to Ares simulation results. The parameter space covered Mach number (1.55 and 2.01), inclination angle (60 degrees and 80 degrees), and Atwood number (0.23 and 0.67). PLIF was developed and used to collect data for four cases before and after reshock. Linear and nonlinear cases developed very differently before reshock, but their mixing widths converged after reshock. The last campaign involves a new perturbation technique which generates what will be referred to as a complex interface. Counter-flowing jets were placed near the interface exit ports to create shear. The perturbation was made more complex by also injecting light (heavy) gas into the heavy (light) one. Density and velocity statistics were collected simultaneously. The complex case retained a signature of the inclined interface perturbation at late time before reshock and developed a larger inertial range than its inclined interface counterpart. Important parameters for a variable-density turbulence model are also presented.

Ce memoire porte sur l'etude et la modelisation de la turbulence a surface libre d'un metal liquide soumis a d'importants gradients de temperature. On met en evidence l'interaction entre l'effet marangoni et le mecanisme de redistribution de l'energie cinetique turbulente a l'approche de l'interface. Ainsi ont ete elaborees analytiquement les fonctions de paroi ou de proximite basees sur cette notion de redistribution de l'energie a travers les termes de correlation pression-vitesse. En particulier, dans le cas d'une surface plane, une modelisation numerique et parametrique, puisque dependant de constantes inconnues apparaissant dans ces fonctions de paroi, a permis l'obtention dans le bain de grandeurs physiques jusqu'alors surestimees en configuration laminaire

Les écoulements turbulents à phases séparées sont présents dans de très nombreuses applications. Cependant, la simulation de tels écoulements avec une interface déformable constitue l'un des problèmes les plus complexes de la mécanique des fluides numérique. La prise en compte du bilan des contraintes normales est au cœur du problème de déformation de l'interface. Dans le travail présenté ici, nous développons un algorithme permettant de simuler des écoulements diphasiques incompressibles et turbulents en suivant le déplacement de l'interface par une approche lagrangienne. Les équations de Navier-Stokes instationnaires écrites en variables vitesse-pression sont résolues dans les deux phases en utilisant des maillages curvilignes orthogonaux. Dans un premier temps, nous introduisons un schéma de raccordement des vitesses tangentielles et des cisaillements. Ce schéma est appliqué afin de simuler l'interaction de deux écoulements turbulents séparés par une interface plane. La turbulence est traitée par une approche de simulation des grandes échelles utilisant un modèle dynamique. Un algorithme original est ensuite développé dans le but de satisfaire de façon non-itérative à la fois la continuité des vitesses normales et des contraintes normales sur l'interface et l'incompressibilité dans les deux phases. Différentes simulations d'écoulements diphasiques avec interface déformable sont réalisées afin de valider ces développements
Turbulent incompressible two-phase separated flows are present in many applications. However, simulation of such flows with a moving interface is one of the most challenging problems in todays computational fluid dynamics. Taking properly into account the normal stress budget accross the interface is the main difficulty of moving interface problems. This work deals with the development of a boundary-fitted method for computing turbulent incompressible two-phase flows. The interface displacement is achieved through a Lagrangian approach. The unsteady Navier-Stokes equations written in a velocity- ressure formulation are solved within the two phases using an orthogonal curvilinear grid. In a first step, we introduce a scheme allowing tangential velocities and shear stresses to match across the interface. We apply this technique to compute the countercurrent flow generated by two streams separated by a plane interface. This scheme is then applied to compute various situations involving the interaction between two turbulent flows separated by a flat interface. The turbulence is treated by using the Large Eddy Simulation approach with a dynamic model. An original algorithm is then developed to satisfy without any internal iteration the continuity of normal velocities and stresses across the interface and the incompressibility condition within both phases. Several simulations of two-phase flows with a moving interface are carried out to validate these developments

La réglementation plus stricte sur les émissions des moteurs aéronautiques posée par l’OACI nécessite des outils de conception toujours plus prédictifs. La distribution des diamètres des gouttelettes produites pendant le processus de combustion est un paramètre clé pour prédire les émissions de polluants libérées pendant le processus de combustion. L’étude du phénomène d’atomisation avec son caractère multi-échelles est donc un défi pertinent et important. Pour cette raison, les objectifs de cette étude sont: tout d’abord de passer en revue les modèles existants dans la littérature, pour comprendre leurs caractéristiques clés, afin de définir une classification qui donne des lignes directrices sur les choix de modélisation; deuxièmement, d’appliquer des approches plus compatibles avec les problématiques industrielles du secteur sur une configuration aéronautique, afin de proposer une amélioration des outils de conception disponibles. Une classification systématique des modèles est effectuée par rapport à l’échelle de longueur considérée pour représenter les caractéristiques de l’interface. De ce point de vue, il est possible de distinguer deux types d’approches: la représentation des phases séparées et la représentation des phases mixtes. Les approches diffuse interface appartiennent à la seconde catégorie avec de nombreuses autres approches, compressibles et incompressibles, qui partagent la même caractéristique: elles considèrent un mélange qui contient les deux phases. Une configuration de nappe de liquide assistée par air a été conçue pour tester différents modèles afin de définir une mesure de comparaison. Deux représentations différentes de l’approche sharp interface (ARCHER et InterFoam ), deux représentations de l’approche diffuse interface (CEDRE et ELSA ) et un modèle hybride (ICMelsa ) ont été considérés dans cette étude. Une comparaison en deux parties basée sur des quantités statistiques a été proposée. Une première partie appelée "étude classique", compare les statistiques du premier ordre montrant que toutes les approches conduisent à des résultats très similaires dès qu’un certain niveau de résolution de maillage est atteint. Au contraire, les secondes statistiques présentent des différences notables. Ces résultats motivent une deuxième partie appelée «analyse de phase» pour étudier le lien entre la représentation à petite échelle de l’interface et la statique du second ordre. En particulier, la variance du marqueur de phase et le niveau de ségrégation associé se révèlent être des indicateurs sensibles de la description del’interface. Une analyse de signal 1D montre qu’ils peuvent être utilisés pour détecter toutécart par rapport à la représentation des phases séparées, puis l’importance de la variance de l’indicateur de phase est démontrée sur d’autres statistiques de second ordre: les composantes de contrainte de Reynolds et le flux de liquide turbulent. Ainsi, les statistiques du second ordre sont partiellement décrites avec des représentations directes de phases mixtes et nécessitent un modèle complémentaire pour être entièrement récupérées. Une première tentative, basée sur une approche linéaire, est proposée pour modéliser le niveau de ségrégation de la représentation des phases mixtes, construit en filtrant un signal totalement ségrégé à une échelle donnée
The more stringent regulation about aeronautical engines emission posed by ICAO requires always more predictive design tools. The droplets diameter distribution produced during the atomization process is a key parameter in order to predict the pollutant emission released during the combustion process. Thus the study of the atomization phenomenon with itsmulti-scale nature is a relevant and an important challenge. For this reason the objective of this work are: first to review the existent models in the literature to understand their key features in order to define a classification that gives guidelines on the modeling choices; second to apply industrial oriented approaches on an aeronautical configuration, in order to propose an improvement of the available design tools. A systematic classification of the models is done with respect to the length-scale considered to represent the interface characteristics. From this point of view, it is possible to distinguish two kinds of approaches: the separated phases representation and the mixed phases representation. The diffuse interface approaches belongs on the second category together with many other approaches, compressible and incompressible, that share the same characteristic: they considers a mixture that contains both phases. An air-assisted liquid sheet configuration has been built to test different models in order to define a metric of comparison. Two different models using the sharp interface approach (ARCHER and InterFoam ), two models using the diffuse interface approach (CEDRE and ELSA ) and an hybrid model (ICMelsa ) have been considered on this test case. A comparison on two parts, based on statistical quantities, has been proposed. A fist part called "classical study", compare the first order statistics showing that all approaches lead to very similar results, as soon as certain level of mesh resolution is achieved. At the contrary the second order statics present noticeable differences. These results motivate a second part called "phase analysis" to study the link between the small scale representation of the interface and the second-order statics. In particular, the phase marker variance and the associated segregation level are found to be sensible indicators of the interface description. A 1D signal analysis shows that they can be used to detect any departure from the separated phases representation.Then the importance of the phase indicator variance is demonstrated on other second-order statistics: Reynolds stress components and turbulent liquid flux. Thus, second-order statistics are partly described with direct mixed phases representations and require complementary model to be fully recovered. A first attempt, based on a linear approach, is proposed to model the level of segregation of mixed phases representation. It is based on the filtering of a fully segregated signal at a given scale. In a second part of this thesis, an industrial test case (a pressure swirling injector) proposed by SAFRAN Aircraft Engines is studied. Three industrial oriented models, among those studied in the first part, have been applied to simulate this injector flow (InterFoam , ELSA , ICMelsa). Their present numerical approaches are able to work with complex geometries, with a computational effort representative of the industrial current standards. The results of the three models (liquid film thickness, breakup length and Sauter Mean Diameter) have been compared with respect to the available experimental data. Eventually, a proposal to improve the ICMelsa model multi-scale have been successfully tested on the liquid sheet configuration and implemented to further improve the results of the SAFRAN Aircraft Engines industrial case. These results have shown that we are very close to predict the characteristics of a spray produced by a real aeronautical injection system
Le normative più rigorose sulle emissioni dei motori aeronautici poste dall’ICAO, richiedono strumenti di progettazione sempre più predittivi. La distribuzione dei diametri delle droplets prodotte durante il processo di atomizzazione è un parametro chiave per predire l’emissione di inquinanti rilasciati durante il processo di combustione. Lo studio del fenomeno di atomizzazione con la sua natura multi scala diventa una sfida rilevante. Per questo motivo, gli obiettivi di questo lavoro sono: in primo luogo una revisione dei modelli esistenti in letteratura per comprenderne le caratteristiche chiave al fine di definire una classificazione che dia delle linee guida sulle scelte di modellistica; in secondo luogo applicare approcci orientati all’industria ad una configurazione aeronautica, al fine di proporre un miglioramento degli strumenti di progettazione disponibili al giorno d’oggi. Nella prima parte del PhD proponiamo una classificazione sistematica dei modelli rispetto alla scala di lunghezza considerata per rappresentare l’interfaccia. Da questo punto di vista, è possibile distinguere due tipi di approccio: una rappresentazione a fasi separate e una rappresentazione delle fasi miste. Gli approcci a interfaccia diffusa appartengono alla seconda categoria insieme a molti altri approcci (che ricorrano ad un approccio comprimibile o incomprimibile) che condividono la stessa caratteristica: considerano una miscela che contiene entrambe le fasi. È stata realizzata una configurazione air-assisted liquid sheet per testare diversi modelli al fine di definire una metrica di confronto. In questo caso per i test sono stati considerati due diversi modelli che utilizzano l’approccio sharp interface (ARCHER e InterFoam ), due modelli che utilizzano l’approccio a interfaccia diffusa (CEDRE e ELSA ) e un modello ibrido (ICMelsa ). È stato proposto un confronto su due parti, basato su statistiche di diversa natura. Una prima parte chiamata "studio classico", confronta le statistiche del primo ordine, le quali mostrano che tutti gli approcci portano a risultati molto simili non appena viene raggiunto un certo livello di risoluzione della mesh. Al contrario, le statistiche di secondo ordine presentano notevoli differenze. Questi risultati motivano una seconda parte dello studio, chiamata "analisi di fase" sviluppata per studiare il legame tra le piccole scale dell’interfaccia e le statiche di secondo ordine. In particolare, la varianza del marker di fase e il livello di segregazione associato si trovano ad essere indicatori sensibili alla descrizione dell’interfaccia. Un’analisi di un segnale 1D mostra che questi due indicatori possono essere utilizzati per rilevare qualsiasi deviazione dalla rappresentazione a fasi separate. successivamente l’importanza della varianza del marker di fase è dimostrata su altre statistiche di secondo ordine: componenti del tensore degli sforzi di Reynolds e flusso liquido turbolento. Pertanto, le statistiche di secondo ordine che sono descritte con una rappresentazione a fasi miste richiedono un modello complementare per essere completamente recuperate. Un primo tentativo, basato su un approccio lineare, è proposto per modellare il livello di segregazione della rappresentazione a fasi miste. Si basa sul filtraggio di un segnale completamente separato su una data scala. In una seconda parte della tesi viene studiato un caso industriale (un iniettore di tipo swirling) proposto dall’azienda SAFRAN Aircraft Engines . Per simulare il flusso prodotto da questo iniettore sono stati applicati tre modelli (con un approccio industriale) tra quelli studiati nella prima parte (InterFoam , ELSA , ICMelsa )

La prédiction des écoulements turbulents à bulles nécessite de connaître et de modéliser les conditions aux limites à la paroi, en particulier lorsque les bulles sont générées à la paroi. Dans cette optique, nous étudions par voie expérimentale l'injection de petites bulles d'air à la paroi inférieure d'un canal horizontal dans un écoulement d'eau turbulent isotherme, bidimensionnel et établi. La distribution des phases, les vitesses et diamètres de bulles sont caractérisés à l'aide d'une sonde à fibres optiques. Les composantes de la vitesse du liquide ainsi que le frottement turbulent sont mesures par anémométrie a film chaud. Le développement longitudinal de la couche de bulles, ainsi que les mécanismes de mise en vitesse des inclusions sont étudiés. Nous montrons la similitude des profils de taux de vide et le rôle joué par les interactions entre les bulles et avec la turbulence du liquide, sur les transferts de quantité de mouvement entre les phases. L'excès des fluctuations de vitesse de la phase liquide près de la paroi est analysé et attribué en grande partie au glissement des bulles. Nous montrons qu'aucune influence de la rugosité des bulles à la paroi n'est à prendre en compte. La loi logarithmique des vitesses est valable, mais l'universalité de la pente est remise en cause. Le frottement turbulent est calculé et comparé aux mesures. Parmi les mécanismes prépondérants qui contribuent à l'augmentation du frottement de paroi, nous mettons en évidence en plus du rôle de l'allégement du fluide par l'injection des bulles, l'influence du développement de l'écoulement moyen. Un complément d'analyse est réalisé sur des mesures de la littérature en écoulement bouillant ascendant de freon 113. La turbulence de la phase liquide se trouve fortement modifiée à la fois par la nucléation de bulles de vapeur à la paroi et par les forces de gravite qui provoquent un glissement important des bulles.

本文データは平成22年度国立国会図書館の学位論文(博士)のデジタル化実施により作成された画像ファイルを基にpdf変換したものである
Kyoto University (京都大学)
0048
新制・課程博士
博士(工学)
甲第8366号
工博第1931号
新制||工||1172(附属図書館)
UT51-2000-F270
京都大学大学院工学研究科環境地球工学専攻
(主査)教授 禰津 家久, 教授 今本 博健, 教授 小森 悟
学位規則第4条第1項該当

Un modèle tridimensionnel de simulation météorologique est développé par Electricité de France pour estimer le transport diffusion d'effluents à l'échelle régionale. Ce modèle résout les équations qui gouvernent la mécanique des fluides, appliquées à l'atmosphère. La description des flux turbulents verticaux a été modifiée en introduisant une équation pronostique pour l'énergie cinétique turbulente. Les tests réalisés montrent un bon accord avec des données expérimentales mesurées en Beauce et le code est capable de reproduire une circulation théorique de brise de mer. Les phénomènes physiques mis en jeu dans les échanges sol/atmosphère et les modèles généralement utilisés pour représenter ces échanges sont ensuite passés en revue. Un modèle prédictif, fondé sur les travaux de deardoff, est proposé pour résoudre les bilans d'énergie et le bilan hydrique à la surface: des simulations diurnes complètes sont réalisées. Pour déterminer la distribution de l'évaporation journalière sur un grand domaine, de manière parallèle, des mesures télédétectrices de température infrarouge ont été utilisées en s'inspirant d'une démarche originale développée à l'institut de recherche agronomique. Finalement, à l'aide des deux paramétrisations d'interface sol/atmosphère introduites dans le code hermès, une situation météorologique (24 juillet 1979) est simulée sur la basse vallée du Rhône. Les résultats sont présentés et commentés.

Ce travail est consacré à l'étude, par simulation des grandes échelles, des caractéristiques de la turbulence et du transfert de masse sous différentes interfaces planes. Pour ce faire, un algorithme précis au second ordre en espace et en temps est mis en oeuvre afin de résoudre les équations de Navier-Stokes tridimenseionnelles et instationnaires. Une fois filtrées dans l'espace physique, ces équations sont complétées par une fermeture de sous-maille dite modèle dynamique mixte. Dans un tel modèle, la diffusivité de sous-maille s'adapte en temps et en espace aux caractéristiques du champ turbulent. De plus, les flux de sous-maille ne sont pas contraints de s'aligner avec le gradient de la quantité transportée et les mécanismes de cascade inverse peuvent être pris en compte. Après validation, cet outil de simulation est appliqué aux trois écoulements suivants : un canal plan avec des conditions de non-glissement aux parois, une couche entraînée par le cisaillement d'une interface sur laquelle les fluctuations tangentielles peuvent subsister en un canal ouvert dont la surface est libre de tout cisaillement.

Les transferts d'énergie et de masse sont étudiés en cuve agitée par microjets. L'écoulement, dominé par la turbulence, est similaire à celui que génèrent les grilles oscillantes. La structure et la décroissance de la turbulence sont étudiées en utilisant l'anémométrie laser en 2 points. La turbulence montre une croissance des échelles de longueur alors que l'énergie cinétique totale suit une loi puissance. Près de l'interface, la turbulence se restructure : l'énergie turbulente est redistribuée sur les composantes horizontales. Un bon accord est trouvé avec la théorie de la distorsion rapide. L'approche du transfert de masse est plus originale. Elle traite de la diffusion, sous l'interface, d'un scalaire caractérisé par un nombre de Schmidt élevé. Les champs scalaire et dynamique sont explorés simultanément. La diffusion turbulente du scalaire est ainsi directement mesurée. Les flux de masse sont évalués à partir des caractéristiques locales à travers la théorie du film diffusif. Il est montré qu'une turbulence interne influe sur la diffusion scalaire nonseulement par l'énergie qu'elle porte mais aussi par la manière avec laquelle cette énergie est distribuée entre les structures turbulentes.

L'objet de cette thèse est l'étude de transfert de chaleur et de masse à travers une interface de densité. Ces écoulements sont rendus complexes par la combinaison des effets de trois paramètres : l'écarts de densité à travers l'interface , l'intensité de la turbulence u' dans les couches homogènes et la diffusivité des composants stratifiant. Ces transferts sont étudiés en présence de turbulence produite par l'oscillation verticale de deux grilles, placées au centre de deux couches homogènes, séparées par une interface fine de densité. Les mesures de champs de vitesses turbulentes sont réalisées par PIV en milieu homogène. Elles montrent que l'écoulement au centre des deux grilles est homogène et isotrope dans le plan vertical. Les mesures des flux de chaleur et de masse sont représentées en fonction de ces trois paramètres à travers les nombres de Richardson Ri et de Peclet Pe. Les mesures montrent que ces deux paramètres ont un effet antagoniste sur les transferts. Alors que la diffusivité thermique favorise l'entraînement à l'interface, l'effet de stratification semble le limiter
The subject of this dissertation concerns more particularly the problem of heat and mass transfer across a density interface. These flows are complex by nature due to the combination of three parameters: density difference across the interface, turbulence intensity u' in the homogeneous layers and the diffusivity of the stratifying components. In this work heat and mass transfer across an interface is measured in the presence of turbulence generated by vertical oscillation of two grids. Turbulent velocity field is measured in a homogeneous environment by PIV. It shows that the turbulence generated by the two grids is homogeneous and isotropic in the vertical plan. Stratifications have been followed in time by recording the vertical profiles of temperature and density. Measured heat and mass fluxes are presented as a function of the three flow parameters (u', , ) through the non-dimensional numbers: Richardson number Ri and Peclet number Pe. Measurements show that these two parameters have opposite effects on transfer phenomena. While thermal diffusivity favours the entrainment near the interface, the stratification effect limits this entrainment

The National Research Council recently called for a more interdisciplinary approach to drinking water research to address the critical issue of global drinking water supplies. Hypolimnetic oxygenation systems (HOₓ) are being increasingly used to improve water quality in stratified reservoirs by increasing dissolved oxygen (O₂) concentrations and subsequently suppressing the release of soluble species such as iron (Fe) and manganese (Mn) from the sediment into the water. However, while the influence of HOx on the water column has been established, little work has been done on how oxygenation affects sediment O₂ uptake (i.e., sediment oxygen demand) and other sediment-water fluxes. In response to the growing need for alternative approaches for improving water quality, we conducted highly interdisciplinary research to evaluate how O₂, Fe, and Mn cycling at the sediment-water interface is influenced by both natural and HOx-induced variations in water column dynamics, chemical redox processes, and microbial activity within the sediment, all of which may govern sediment-water fluxes. Studies were performed in an alpine lake in Switzerland and in an HOₓ-equipped drinking-water-supply reservoir in Virginia. This research was based on in situ field campaigns paired with laboratory experiments, microbial analyses, and computer simulation to elucidate variable sediment O₂ uptake and corresponding Fe and Mn cycling. This work is unique in that sediment-water fluxes were assessed using in situ data from both sides of the sediment-water interface. Results show that sediment O₂ uptake flux is strongly controlled by both wind- and HOₓ-induced dynamic forcing. Our findings reveal that Fe and Mn fluxes were suppressed from the bulk hypolimnion via biogeochemical cycling in the oxic benthic region. Results also indicate that the sediment microbial community structure may directly respond to HOₓ-induced variation in sediment O₂ availability. Additionally, based on an analysis of the robustness of several commonly used methods for flux calculations, we show that flux estimates are not strongly dependent on the method chosen for analysis. Ultimately, by emphasizing the highly transient nature of sediment O₂ uptake, this research will aid in accurate characterization of various sediment-water fluxes and corresponding water quality. Our results will also directly contribute to the optimization of HOₓ operations and lake and reservoir management.
Ph. D.

L'objectif de cette étude est la modélisation d'écoulements turbulents diphasiques gaz-solides présentant une granulométrie étendue de la phase dispersée, dans le cadre de l'approche eulérienne. En effet, parmi les nombreux facteurs pouvant influencer le comportement de ce type d'écoulements, l'existence d'une distribution de taille des particules est loin d'être négligeable. Nous nous attachons ici à en caractériser les effets. La première idée pour prendre en compte la granulométrie étendue des particules est de diviser la phase dispersée en plusieurs classes de tailles, pour lesquelles on utilise les modèles monodispersés, et de moyenner les résultats obtenus pour reconstruire la phase dispersée complète. Pour différents cas de validation (jets d'air chargé en particules polydispersées), on compare ces premiers résultats à ceux donnés par la méthode la plus répandue en pratique, consistant à représenter la phase dispersée par un diamètre moyen équivalent. Ceci permet de mesurer exactement l'influence de la polydispersion sur les grandeurs moyennes du mélange et de fournir une meilleure compréhension des écoulements turbulents diphasiques à inclusions dispersées. La méthode des classes étant assez coûteuse en temps de calcul, nous proposons également une méthode plus simple de modélisation de la granulométrie. La démarche consiste à compléter le système d'équations actuellement résolu pour le calcul des grandeurs macroscopiques de la phase dispersée par des équations de transport sur la concentration en particules par classe de diamètre. La vitesse de glissement d'une classe de particules par rapport à la vitesse moyenne de l'ensemble est approchée par un modèle algébrique tiré des équations de quantité de mouvement correspondantes

A transferência de gases através da interface ar-água em escoamentos turbulentos é um processo importante para diferentes sistemas ambientais. Para avançar no entendimento dos princípios básicos envolvidos no fenômeno é necessária a utilização de técnicas e aparatos experimentais adequados. Neste estudo, foi realizada simulação numérica e experimentos em tanque de uma e duas grades oscilantes. Para a configuração de duas grades, dados experimentais foram comparados com soluções analíticas, obtendo-se boa concordância. Quatro quantidades foram analisadas: energia cinética turbulenta, taxa de dissipação de energia, viscosidade turbulenta e escala de comprimento. Na configuração de uma grade oscilante, foram realizadas medidas de concentração através da utilização de micro sonda de oxigênio. Adicionalmente, foram realizadas medidas concomitantes de velocidade e concentração, próximas à interface, utilizando, respectivamente, as técnicas particle image velocimetry (PIV) e laser induced fluorescence (LIF). O uso combinado das técnicas PIV e LIF permite a obtenção direta do fluxo de massa através da interface ar-água. Os resultados qualitativos e quantitativos devem servir de auxílio para direcionar futuros desenvolvimentos na área.
Gas transfer across the air-water interface in turbulent flows is an important process for many environmental systems. To improve the understanding of the basic principles involved in this phenomenon it is necessary to use suitable apparatus and experimental techniques. In this study, experiments and numerical simulation were conducted in a tank with one and two oscillating grids. In the two-grids configuration, experimental data were compared with analytical solutions, obtaining good agreement. Four quantities have been evaluated: turbulent kinetic energy, dissipation rate, eddy viscosity, and length scale. In the one-grid configuration, a microprobe has been used for measurements of oxygen concentration. In addition, the velocity and concentration fields near the interface were measured simultaneously using the combined particle image velocimetry (PIV) - laser induced fluorescence (LIF) technique. With the combined PIV-LIF technique, the total mass flux across the air-water interface could be obtained directly. The qualitative and quantitative results should help guide future work at the subject.

Ce travail est consacré à l'étude expérimentale des effets de la pression de radiation d'une onde laser continue sur une interface liquide. Les propriétés particuluières du ménisque séparant deux phases liquides en coexistence au voisinage de leur point critique de démixtion nous ont permis de visualiser directement des déformations stationnaires d'interface de taille micrométrique. Au stade linéaire, i. E. Pour des intensités laser modérées, une loi d'échelle exprimant la hauteur des déformations a été validée, ceci pour les deus sens de propagation du faisceau relativement à l'interface. Pour des excitations laser plus élevées, une brisure de symétrie vis à vis du sens de propagation a été mise en évidence. On observe en effet la formation de doigts de grand rapport d'aspect, ou la brisure de l'interface suite à une instabilité optohydrodynamique, suivant que le faisceau se propage du milieu le moins réfringent au milieu le plus réfringent, ou inversement. Ces caractéristiques ont été exploitées pour créer et stabiliser sous champ laser des ponts liquides de rapports d'aspect bien supérieurs à la limite de l'instabilité de Rayleigh-Plateau des colonnes liquides. Les déformations thermocapillaires, engendrées par la faible élévation de température induite par le faisceau laser, ont également été caractérisées, afin de les distinguer sans ambiguité des déformations engendrées par la pression de radiation seule.

L'interaction entre une phase continue et des particules discrètes constitue un sujet de recherche important. Le plus grand problème est la prise en compte, l'influence des particules sur la turbulence. Ce travail propose le développement d'un code numérique permettant l'écriture de termes sources pour la phase porteuse, et de résoudre les équations des particules via une approche lagrangienne. Ce modèle est confronte à une série de cas tests, notamment en ce qui concerne les fluctuations turbulentes vues par les particules discrètes. La phase porteuse est résolue par un modèle k-. Pour obtenir des mesures 2d en aval d'un rideau d'eau, une technique de mesure instantanée est développée dans le cas d'écoulements multiphasiques. Elle permet de mesurer simultanément la vitesse et la taille de particules sur des images digitales séparées par un certain délai. Elle se base sur le développement d'algorithmes permettant de détecter automatiquement des particules et d'en déterminer la taille au sein d'une image. Afin de retrouver le déplacement, elle utilise une méthode de prédiction-correction ou la prédiction s'effectue aux moyens d'outils statistiques et la correction en se basant sur des algorithmes d'association. Sa validation est présentée à la fois dans des cas monophasiques et diphasiques. La comparaison du code de calcul à la technique est menée pour l'étude de l'influence d'un vent latéral sur l'hydrodynamique des pulvérisateurs. La validation du code de calcul en amont est effectuée via des mesures de LDV. En aval, la confrontation entre les résultats numériques et expérimentaux obtenus par PTVS montre une bonne concordance. Il est montré que le rapport de quantité de mouvement entre l'air et les buses régit l'hydrodynamique. Les niveaux de turbulence atteints au niveau du rideau d'eau sont bien prédits par le code. Il est intéressant de garder un rapport de flux de quantité de mouvement supérieur pour le rideau d'eau afin d'avoir le meilleur mélange possible.