Fluid Mechanics and Acoustics Laboratory - UMR 5509

LMFA - UMR 5509
Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
Lyon
France


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Dynamique de particules, gouttes et bulles

Cet axe est lié aux thèmes environnement, énergie/transport terrestre et procédé pour l’ingénierie et la santé. Les études portent principalement sur les aspects liés au comportement de gouttes, bulles et particules solides par rapport à son fluide porteur. Historiquement la recherche portée par cet axe est, comme précédemment, liée aux études des écoulements en colonnes à bulles ou autour de sprays mais aussi pour les problèmes liés au transport aéolien des particules.
La dynamique d’un nuage de bulles et du fluide porteur générées par des jets liquides impactant une surface libre est étudiée via des techniques de visualisation et de sondes optiques. L’objectif comme dans l’axe précédent pour l’aspersion d’enceinte nucléaire sera de fournir des modèles en capacité de prédire de façon pénalisante l’impact collectif de ces nuages (Collaboration, LEGI, EDF, 1 post-doc).
L’effet collectif de particules solides au travers d’un milieu granulaire est aussi étudié pour les particules solides en tas impacté par des instabilités liées au fluide diffusant au sein des particules vues comme un milieu poreux. Des expériences mettant en jeu des perturbations verticales permettent de mettre en évidence une instabilité différente de celle de Faraday. Lorsque ces particules sont vues comme un fluide (milieux très denses) la rhéologie globale peut être caractérisée par une viscosité μ(I) et on cherche à en caractériser les conséquences comme pour le 1er problème de Stokes (développement de la couche de cisaillement proche paroi due à l’équilibre entre la diffusion effective du milieu et l’inertie de la paroi mobile) (Collaboration TI, JFM DiPierro). A la croisée de ces recherches sur les effets collectifs de bulles ou de particules solides on s’intéresse au comportement individuel de bulles au travers de tas de particules solides dont on contrôle la densité en suspension par un fluide porteur. Les études sur la dynamique des bulles devraient être suivies par celles des transferts de masse (These PHAST, Collaboration ENSL).
On s’intéresse aussi à la surface de ces tas de sables au travers de leur déformation ou désagragation via l’écoulement du fluide du milieux (air ou eau). Dans l’eau, en collaboration avec le LEGI, une turbulence de grille oscillante permet l’étude de l’impact des structures turbulentes sur un lit de particules solides dans l’eau. Dans l’air on s’intéresse plutôt aux structures de la couche limite supérieure et de son influence sur l’envol des particules, leur dépôt mais aussi leur déplacement le long de l’interface (sol). Ces études tant expérimentales que numériques permettent la reproduction du déplacement des tas de sable avec la reproduction des phénomènes de rides existantes en surface. Nos approches Euléro/Lagrangiennes permettent de reproduire ces phénomènes qui ne peuvent l’être au travers des techniques Eulériennes pures qui prennent, par exemple, en compte la sous couche de diffusion existant au sol à l’aide de la viscosité μ(I) ou à l’aide du transport de l’épaisseur des couches de particules associées à des lois dépendantes de la vitesse de frottement moyenne (ANR Wind’O, INRA, LISA, IRD). Cette approche nécessite une meilleure connaissance du comportement individuel des particules sous influence de la turbulence. Cela est réalisé au travers de DNS résolues autour des particules solides (suite thèse Wenshao2016). Mais aussi de DNS ponctuelles (1 post doc ANR) mettant en jeu l’anisotropie de forme des particules solides. Cela vient alimenter la modélisation précédente via la correction des forces liées au transport individuel des particules solides. Des expériences en soufflerie viennent en support de ces simulations.
La période a vu l’émergence d’une nouvelle activité suite au recrutement de D. Lopez (MC INSA, 2015) : la dynamique d’objets flottants, mêlant des approches locales théoriques (Basset-Boussinesq-Oseen) et de laboratoire (nouveau canal dédié, projet PEPS RiskBof 2016)) avec des mesures aux échelles de terrain. Dans le cadre du projet IMU (Boifimu, EVS Lyon et Univ. Genève; thèse Gaffarian, 2019), il a été montré que l’approche cinématique assimilant les flottants à des traceurs, souvent utilisée dans les outils de simulation opérationnels aux échelles de terrain, est en général pertinente. Ces études se poursuivront.

Participants : JP Matas, J. John Soundar Jerome, C.Mauger, MelHajem, JY Champagne, JL Marié, P. Spelt, D. Doppler, JP Matas, D. Lopes, E. Mignot, N. Riviere, I. Vinkovic, C. Leribault, S. Simoëns, Jean-Louis Marié, Perkins, Biesheuvel.
Collaborations : Bastien Di Pierro, Sylvain Joubaud (ENS), Ph. Blanc-Benon, LabTau, Inserm, Coldep, Ifremer, LEGI (Grenoble), ILM, Univ. Genève, Liris, IRD, LISA, INRA, Tunisie, LEGI.
Financement : ANR, IMUST, MESR, CSC.