École Nationale Supérieure de
Techniques Avancées

Résumé

La force de portance est un phénomène important pour estimer la répartition des bulles dans un écoulement diphasique dans undispositif industriel tel que le circuit primaire d’une centrale nucléaire. Cette force a été étudiée quasi-exclusivement dans des écoulements ascendants et l’évolution de cette dernière dans un écoulement incliné est inconnue. Nous utilisons des simulations numériques directes (DNS) avec le code TRUST/TrioCFD, employant une méthode mixte Front-Tracking/VoF pour modéliser l’interface diphasique. Les calculs sont réalisés pour différents angles d’inclinaison θg variant de 0◦ à 180◦, dans le cadre du mécanisme de Lighthill (bulles quasi-sphériques, Reynolds modéré). Deux approches sont utilisées et comparées pour calculer les coefficients de portance : le principe fondamental de la dynamique utilisant l’expression usuelle de la portance et l’intégration du tenseur des contraintes sur l’interface. Les résultats ont d’abord été validés sur le cas de référence vertical, montrant une bonne concordance avec les corrélations existantes pour les coefficients de traînée et de portance. Dans les canaux inclinés, des écarts significatifs apparaissent entre les deux méthodes de calcul, atteignant jusqu’à 200% pour θg =90◦. L’analyse des écoulements a mis en évidence une inclinaison et une intensification du sillage de la bulle, entraînant une amplification de la vorticité (jusqu’à +450% entre le canal vertical et l’horizontal) et une réduction de l’efficacité du sillage à générer de la portance. Ces mécanismes expliquent l’évolution non monotone du coefficient de portance, qui présente un maximum autour de θg =30◦ puis décroît pour atteindre un minimum pour la conduite horizontale. Le concept de longueur effective de sillage est proposé pour intégrer la perte d’efficacité du sillage dans l’expression usuelle de la force de portance. Une analyse du coefficient de portance durant le transitoire est proposée en fin d’étude.