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Interactions entre les structures cohérentes et les polymères dans les écoulements visco-élastiques turbulents en canal plan

type de publication      communication nationale avec actes publiés
date de publication 2014
auteur(s) Pereira Anselmo Soeiro; Martins Ramon Silva; Mompean Gilmar; Thais Laurent
  
conférence 49ème Congrès Annuel du Groupe Français de Rhéologie
     dates de 27-10-2014 à 29-10-2014
     lieu Grenoble, France
     nom des actes Actes du 49ème Congrès Annuel du Groupe Français de Rhéologie
  
résumé Les écoulements turbulents présentent de nombreuses régions compactes et temporellement cohérentes connues génériquement sous l'appellation de 'structures cohérentes'. On sait par ailleurs que la taille des structures cohérentes augmente lorsqu'on dilue un polymère élastique dans un solvant newtonien, ce qui est attribué au phénomène de réduction de la traînée turbulente par l’action des polymères. Dans le présent travail, les interactions entre les structures cohérentes et les polymères sont analysées à l’aide de simulations numériques directes d’écoulements newtoniens et visco-élastiques turbulents en canal plan. L’analyse est menée pour quatre nombres de Reynolds frictionnels (Re τ = 180, 395, 590 et 1000), en mettant l’accent sur les changements morphologiques des vortex caractérisés par le deuxième invariant positif du tenseur gradient de vitesse. Ces variations morphologiques sont prises en compte à travers la définition des événements Q. Pour les écoulements newtoniens, les régions tourbillonnaires sont également dominées par des événements Q2 (éjection) et Q4 (balayage). Pour les cas visco-élastiques, on observe une nette réduction des événements Q2 dans les régions tourbillonnaires en proche paroi, alors que les événements Q4 deviennent plus fréquents par rapport au cas newtonien. En outre, l’augmentation de la viscoélasticité rend les vortex plus étirés et d'intensité plus faible. Le moment induit par les polymères réduit la force des tourbillons, en s’opposant à leurs mouvements de rotation. Enfin, dans les régions tourbillonnaires, le travail polymérique est négatif en moyenne, ce qui indique que le polymère s’étire à l’intérieur des vortex, en stockant l’énergie de ces derniers.
mots clés réduction de la traînée ; structures cohérentes en turbulence ; fluide visco-élastique ; événements Q ; écoulement en canal plan ; simulation numérique directe
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