Etude d'un mélangeur en T

Pierre Fabre - IRPF

Resultats 2D

Dans cette étude en 2D, on s'intéresse principalement aux instabilités instationnaires. En effet, une zone de recirculation importante peut éventuellement permettre l'apparition notable d'instabilités du même type que celles de Von-Karman.

Pour étudier les instabilités instationnaires, nous effectuons des simulations avec le code de calcul Fluent. L'étude consiste à analyser comment les différents débits d'entrée (1-100 ml/h) et les différents rapports entre eux (1-100) modifient l'écoulement.
Le but est de définir quel cas provoque le plus grand nombre possible d'instabilités pour chaque géométrie proposée, ou du moins, à partir de quelles valeurs des débits ces instabilités vont apparaitres

Sur l'illustration ci-dessous, les deux maillages 2D sont représentés sur la droite.

La configuration 1 (en bàs à droite sur les figures) correspond au cas où les deux fluides arrivent face à face par les deux entrées situées sur les cotés. La sortie se situe en haut.
La configuration 2 (en haut à droite sur les figures) correspond au cas où les deux fluides arrivent à 90°, l'un par la gauche et l'autre par le haut. La sortie se situe à droite.

Nous avons fait un certain nombre de simulations. Les résultats exposés correspondent aux cas qui montrent le mieux les phénomènes physiques.


Configuration 1

Cas où les débits d'entrée sont les mêmes :

Parmi les figures ci-après, la première correspond au cas où un débit de 100 ml/h est injecté dans chacune des entrées. La deuxième correspond au cas où un débit de 200 ml/h est injecté dans chacune des entrées. Les visualisations correspondent au champ des vitesses, cela est suffisant pour voir l'apparition des instabilités.





On observe que pour des vitesses identiques dans les deux entrées, il faut que celles-ci soient assez importantes pour que les instabilités apparaissent. Ici, elles sont clairement observables pour un débit de 200 ml/h, ce qui correspond à une vitesse d'entrée de 4.9 m/s et un Reynolds d'environ 490 dans les conduites d'entrée.


Cas où les débits d'entrée sont différents :

Parmi les figures ci-après, la première correspond au cas où un débit de 100 ml/h est injecté dans une des entrées et un débit de 50 ml/h dans l'autre. Le rapport des débits est donc de 2. La deuxième correspond au cas où les débits d'entrée sont doublés mais le rapport des débits est conservé. Là encore, les visualisations correspondent au champ des vitesses.





On observe qu'une différence dans les débits d'entrée peut favoriser l'apparition des instabilités (car cela favorise la zone de recirculation qui est la source des instabilités). Cependant, il faut quand même que les débits ne soient pas trop faibles.


Configuration 2

Cas où les débits d'entrée sont les mêmes :

Parmi les figures ci-après, la première correspond au cas où un débit de 100 ml/h est injecté dans chacune des entrées. La deuxième correspond au cas où un débit de 200 ml/h est injecté dans chacune des entrées. Les visualisations correspondent au champ des vitesses.





On observe que pour des vitesses identiques dans les deux entrées, il faut que celles-ci soient assez importantes pour que les instabilités apparaissent. Ici, elles sont clairement observables pour un débit de 200 ml/h, ce qui correspond à une vitesse d'entrée de 4.9 m/s et un Reynolds d'environ 490 dans les conduites d'entrée.


Cas où les débits d'entrée sont différents :

Parmi les figures ci-après, la première correspond au cas où un débit de 100 ml/h est injecté dans l'entrée du dessus et un débit de 50 ml/h dans l'autre. Le rapport des débits est donc de 2. La deuxième correspond au cas où les débits d'entrée sont doublés mais le rapport des débits est conservé. Là encore, les visualisations correspondent au champ des vitesses.





On observe qu'une différence dans les débits d'entrée peut favoriser l'apparition des instabilités (car cela favorise la zone de recirculation qui est la source des instabilités). Cependant, il faut quand même que les débits ne soient pas trop faibles.


Jaime Lafita

Thomas Cazade