École Nationale Supérieure de
Techniques Avancées

Résumé

L’entraînement d'air est un phénomène complexe qui a de multiples applications dans l’environnement et dans l’industrie, comme le déferlement des vagues ou l’aération dans les réacteurs chimiques. L'entraînement de l'air est dû à la phase gazeuse environnante autour du jet plongeant. Quand il impacte la surface libre, il crée un panache de bulles de différentes tailles avec une zone inter-faciale considérable, améliorant les échanges de chaleur et de masse entre l'air et l'eau. Nous développons un dispositif expérimental pour étudier l'impact d'un jet turbulent vertical circulaire sur la surface de l'eau libre. Comprendre la complexité d'un écoulement turbulent à phases multiples demeure un défi majeur en dynamique des fluides, avec des implications pratiques majeures. Dans ce rapport, nous présentons un cadre expérimental pour étudier le mécanisme et les caractéristiques de l’entraînement de l’air par un jet. Nous identifions trois régimes de flux sous la surface libre: pas d’entraînement en dessous d’une vitesse d’impact critique, entrainement occasionel avec un panache dilué et entraînement continu avec un panache dense. Nous caractérisons les effets de la vitesse d'impact et de la longueur du jet sur la profondeur du panache et la distribution de la taille des bulles. Nous mesurons les champs de vitesse de l'eau des trois régimes en utilisant la vélocité de l'image des particules (PIV), en adaptant l'algorithme classique au cas d'un écoulement à deux phases. Enfin, nous explorons les effets de l’ajout de surfactant sur les propriétés et le champ d’écoulement du panache de bulles.