Expérience de W.H Snyder et J.L Lumley

Résumé du document

Nous allons nous intéresser à l'expérience de Snyder et Lumley de 1971 qui s'applique à un écoulement ascendant. Dans cette expérience, le mouvement moyen des particules est directement opposé à la gravité. Cette configuration permet de ne pas tenir compte de l'effet de la gravité sur la dispersion des particules.
Cette expérience repose sur le dispositif décrit par la figure 1. Des particules de cuivre, verre, pollen de maïs et verre creux sont injectées dans un écoulement turbulent d'air. Le dispositif comprend une grille dont le rôle est d'obtenir une turbulence maîtrisée, dont le régime de turbulence est connu. L'injecteur est situé à 50.8 cm de la grille, soit à 20 fois l'espacement entre deux barreaux de la grille (20M=20*2.54cm). Une série de 10 appareils photos permettent d'enregistrer la position des particules lorsque le dispositif est en fonctionnement.
Notre travail consiste à modéliser cette expérience à l'aide du logiciel Fluent dans le cas d'un fluide en écoulement laminaire et en écoulement turbulent. Par la suite, cela nous permettra d'avoir des informations intéressantes concernant la dispersion des particules dans la colonne.

Extraits

[...] Expérience de W.H Snyder et J.L Lumley I Présentation de l'expérience Nous allons nous intéresser à l'expérience de Snyder et Lumley de 1971 qui s'applique à un écoulement ascendant. Dans cette expérience, le mouvement moyen des particules est directement opposé à la gravité. Cette configuration permet de ne pas tenir compte de l'effet de la gravité sur la dispersion des particules. Cette expérience repose sur le dispositif décrit par la figure 1. Des particules de cuivre, verre, pollen de maïs et verre creux sont injectées dans un écoulement turbulent d'air. [...]

[...] Ce système à l'avantage de rajouter une turbulence qui est bien connue puisque facilement modélisable dans le cas d'une grille. La figure 13 suivante représente le système désormais complet. Nous avons maintenant un nombre important de particules injectées au bas de la colonne. Figure 13 : Installation de Lumley complète en régime turbulent Dans cette partie, nous commencerons par représenter les variations de la vitesse moyenne des particules ainsi que les variations de la vitesse latéralement lorsqu'on injecte qu'une particule à la fois. Nous comparerons à nouveau les temps de relaxation expérimentaux aux valeurs théoriques. [...]

[...] Les écarts selon y sont maximaux pour le verre creux, la pente de la droite obtenue est maximale. Ensuite, c'est le pollen qui présente le maximum d'écart selon puis à égalité le cuivre et le verre qui ont les pentes les moins fortes. La relation que l'on peut tirer de cette observation graphique est que la dispersion transverse est maximale pour les particules de plus faible masse. [...]

[...] Pour cela, nous avons modifié l'orientation de la gravité dans fluent en décidant qu'elle valait -9,81 selon x et 0 selon les autres axes. Figure 4 : Installation en position horizontale Les figures et 7 qui suivent représentent la vitesse moyenne, la vitesse selon l'axe de l'installation, et la vitesse selon pour chaque type de particule. Figure 5 : Vitesse de déplacement du cuivre avec une installation horizontale en régime laminaire Figure 6 : Vitesse de déplacement du pollen avec une installation horizontale en régime laminaire Figure 7 : Vitesse de déplacement du verre avec une installation horizontale en régime laminaire Figure 8 : Vitesse de déplacement du verre creux avec une installation horizontale Premièrement, nous remarquons que contrairement au cas précédent, la vitesse limite atteinte selon l'axe de la colonne par les particules est toujours égale à la vitesse du fluide. [...]

[...] Il y a le poids de la particule, proportionnel à la masse de la particule et la force de poussée du fluide, proportionnelle à la section efficace de la particule. Nous pouvons également vérifier que le temps de relaxation correspond à celui que l'on peut calculer de façon théorique avec la formule suivante : . Pour trouver le temps de relaxation expérimental, nous cherchons la valeur de la vitesse de la particule correspondant à soit , de la vitesse limite atteinte. [...]