Analyse expérimentale et modélisation du transfert de matière et du ...

Chapitre 2: Modélisation à deux fluides de l’hydrodynamique et du transfert de masse dans les écoulements à bullesimportants qu'en écoulements monophasiques indiquant une augmentation de ladiffusivité turbulente (dans un facteur de 2 à 3).L’effet des bulles sur la structure des écoulements diphasiques à bulles passe par unemodification profonde de la turbulente du liquide. Cela se produit de différentesmanières : en écoulements diphasiques à faibles intensités turbulentes (par exemple :écoulements faiblement cisaillés), la présence des bulles induit une augmentationsignificative de la turbulence par comparaison au cas monophasique équivalent (Lance &Bataille, 1991 ; Roig et al., 1998). Cependant, dans des écoulements turbulentscaractérisés par des fortes intensités turbulentes, l'effet de la présence des bulles est pluscomplexe. Les observations expérimentales obtenues en conduite verticale par exemple(Wang et al., 1987 ; Liu & Bankoff, 1990), montrent une augmentation des fluctuationsturbulentes dans les zones à faible cisaillement (au voisinage de l'axe de la conduite),alors que dans les zones proches des parois, où la production par cisaillement de laturbulence est importante, l'effet des bulles est plus complexe et peut même conduire,sous certaines conditions, à une atténuation de l'intensité turbulente par comparaison aucas monophasique équivalent. Plus précisément, les résultats expérimentaux obtenus dansun écoulement à bulles turbulent homogène et soumis à un cisaillement constant deLance et al. (1991) montrent que le mécanisme de redistribution de la turbulence associéà la corrélation des fluctuations de pression et de déformation est fortement altéré par laprésence des bulles.En s’appuyant sur l’analyse d'un ensemble d'expériences d'écoulements à bulles deréférence, Chahed (1999) a discuté les phénomènes prédominants qui jouent un rôle dansla structuration de la turbulence. Sur la base de cette discussion on peut retenir que lastructure de la turbulence en écoulement à bulles résulte d’une compétition entre lesphénomènes suivants :- la turbulence produite par le mouvement relatif des bulles (pseudo-turbulence) dontl’ampleur énergétique est surtout évidente dans les écoulements où la production par lesgradients moyens est faible (en écoulement de grille, dans les noyaux des écoulementscisaillés, à l'extérieur de la couche limite et au centre des écoulements en conduite).- la turbulence induite par cisaillement, associée, comme pour les écoulementsmonophasiques, à la production par les gradients moyens : elle dépend du gradient devitesse et de la contrainte turbulente de cisaillement. Celle ci n'a été mesurée que dansquelques écoulements. En écoulement de cisaillement pur, les contraintes turbulentes decisaillement sont atténuées par la présence des bulles et la production par les gradientsmoyens de vitesse est plus faible qu'en écoulement monophasique. En écoulement enconduite, les profils de vitesse moyenne et de cisaillement turbulent mesurés indiquentque l'on peut s'attendre à une augmentation de la production prés de la paroi et à uneéventuelle réduction dans le reste de la conduite.- la dissipation de la turbulence : certains auteurs attribuent la réduction de la turbulenceobservée dans certains écoulements cisaillés à l’augmentation de la dissipation (Troshko33