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Des aspects transitoires du phénomène de réduction de la traînée induite par des polymères

type de publication      thèse de doctorat
date de publication 29-11-2016
auteur(s) Pereira Anselmo Soeiro
jury G. Mompean, L. Thais, F. Pinho, F. Chinesta, I. Hénaut, R. Valette
école Université Lille 1
  
résumé La dilution en faible concentration de chaînes polymériques longues dans un fluide newtonien peut réduire considérablement la traînée turbulente, phénomène nommé ici DR (drag reduction). Les polymères s’étirent et s’enroulent successivement, en interaction avec les structures turbulentes, ce qui modifie l’écoulement, imposant à DR un comportement transitoire. Il en résulte que la DR traverse au moins trois stades. Lors du premier, connu sous le nom de temps de développement, la DR démarre à zéro et descend à des valeurs négatives en raison d’un étirement considérable du polymère au début du processus, ce qui exige de l’énergie de l’écoulement. Une fois atteint le niveau minimal de réduction de la traînée, les polymères commencent leur cycle d’étirement-enroulement et, par conséquent, la DR augmente en réponse au développement de structures turbulentes, pour en arriver à une valeur maximale, menant au début du deuxième stade. Cependant, les polymères peuvent subir une dégradation mécanique à la suite d’un étirement polymérique intense. Lorsque la dégradation polymérique devient assez prononcée, la DR redescend pour atteindre une valeur finale qui indique que la dégradation s’est arrêtée et que la distribution de la masse moléculaire s’est stabilisée. Le processus de dégradation polymérique caractérise le troisième stade. Dans le présent travail, des analyses numériques ont été menées dans le but d’examiner ces trois stades à l’aide de simulations numériques directes d’écoulements turbulents viscoélastiques FENE-P en géométries du type Poiseuille plan et Couette plan, sur un large éventail de nombres de Reynolds, de nombres de Weissenberg et d’extension maximale de la chaîne polymérique. Les deux premiers stades sont étudiés à partir des analyses tensorielle, statistique, énergétique et spectrale. De surcroît, un nouveau modèle de dégradation polymérique basé sur le niveau d’étirement des molécules est proposé afin de reproduire numériquement le stade final.
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