Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

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


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Interfaces, changements de phase et transfert

Cet axe est essentiellement porté par les recherches qui trouvent une application (ou sont issus d’applications) liées aux thèmes environnement et énergie/transport terrestre. Ce type de recherche est souvent liée à la physique de la cavitation et des transferts aux interfaces G/L, S/G, S/L, s’y adjoint la physique des instabilités d’interface par l’arrivée en particulier JP Matas et de J. Soundar. Historiquement cet axe contient essentiellement des études liées aux écoulements diphasiques à phase dispersée (bulles, gouttelettes) en particulier par la présence d’expériences liées à la cavitation et à l’injection moteur (sprays) avec des études sur l’influence de la turbulence sur le taux d’évaporation. Ces études perdurent au sein de l’équipe au travers d’études par holographie digitale dans un écoulement à très haut Reynolds. La technique développée au LMFA est maintenant parallélisée et devrait permettre l’obtention de statistiques pour des analyses pertinentes permettant de déterminer quantitativement l’influence de la turbulence sur les taux d’évaporation de divers liquides. D’autres parts en continuité des recherches qui ont permis la mise en œuvre de la Startup COLDEP, l’amélioration de notre connaissance des transferts de CO2 ou d’Oxygène en fonction de la dynamique locale (thèse Mauritanie) se poursuit avec l’étude combinée des flux de masse dans le cas de bulles de CO2 ascendantes par nos techniques (PIV/PLIFB). Nous apportons aussi notre support théorique dans le domaine de l’aspersion d’enceinte nucléaire en cas d’accident qui implique des problèmes de transferts et de changement de phase importants. Il est ici question de revisiter la modélisation utilisée (en particulier par EDF/Septen, thèse en cours) dans ce cadre en prenant en compte les contraintes thermodynamiques potentiellement fortement variables. Un support expérimental fort (réalisées dans les 2 ans à venir par le CEA Saclay) est lié à ces études avec une approche finale qui consistera à proposer une modélisation simplifiée pénalisante.
D’autres parts l’arrivée de J. Soundar et JP Matas permet de s’intéresser à des problèmes d’instabilités d’interfaces dans le cas de films minces le long d’une paroi solide en rotation. Une étude expérimentale des structures formées autour d’une roue en rotation partiellement immergée est en œuvre pour visualiser et analyser la (ou les) nappe(s) liquide(s) formée(s) côté émergent au travers de l’épaisseur ou du nombre de cette (ces) nappe(s) liquide(s) entraînée(s) par la roue (limite inertielle, fort Ca, fort Re, du problème de Landau Levich), et du flux liquide généré côté descendant. Une partie de l’étude portera sur le film liquide qui se déstabilise en ligaments et gouttes. Le flux sera mesuré par visualisation rapide. Un deuxième dispositif pour lequel la roue est en contact avec un tapis roulant, de façon à avoir une configuration de roulement sans glissement roue/tapis viendra en support de cette étude. Des essais préliminaires, en collaboration avec l’ENSL, ont montré que dans ces conditions l’écoulement autour de la roue était fortement impacté par le sillage qui se développe en aval de la roue. Ce dispositif est actuellement au LEGI et sera rapatrié au LMFA d’ici quelques mois.
D’autres parts au travers de l’ANR Surfbreak (thèse) l’impact de surfactants sur la brisure de gouttes ou (et) de bulles a été entrepris expérimentalement. En collaboration avec le LEGI cela permettra également d’étudier l’impact des surfactants sur la brisure dans le cadre d’expériences d’atomisation menées au LEGI. Ce travail expérimental sera complété numériquement à l’aide des techniques numériques de pointes relativement au suivi d’interfaces développées par P. Spelt en collaboration avec l’ILM (thèse suite de A. Titta).
Une étude expérimentale de la fragmentation du film lubrifiant dans le contact segment/piston/chemise, avec L. Méès et JP Matas, en collaboration avec le LTDS et Renault devrait permettre une meilleure compréhension des processus physiques de formation d’un aérosol d’huile au passage de la segmentation d’un piston et du devenir de l’aérosol. Le travail intègre une forte dimension métrologique (mesure du spray délicate à mettre en place).
Ces films au travers de l’étude des problèmes d’aquaplaning sont le sujet de la mise en œuvre de techniques plus performantes permettant des mesures de vitesse précises (en profondeur) et quantitative malgré leur faible épaisseur amenant l’interface G/L à prohiber les techniques de PIV classiques (Thèse Cabut 2020, Collaboration LHEEA, Michelin, FUI Hydrosafetyre, These Cifre A. Ben Khodja). Dans le cadre des transferts aux interfaces un travail intéressant en présence de photocatalyse dans l’air devrait permettre une nouvelle gamme d’étude liées aux problèmes du rafraichissement des sous couches de diffusion par la turbulence qui a été le cadre de l’étude fondamentale en présence d’une turbulence de grille oscillante et de ciel gazeux (Lacassagne 2018).
Participants : C. Mauger, M. El Hajem, S. Simoëns, J.Y. Champagne, P. Valliorgue, P. Spelt, A. Bieushevel, J.L. Marié, M. Lance, N. Grojean, L. Mées, M. Rastello, P. Sundar, M. Michard , Gorokhovski.
Collaborations : A. Naso, Univ. J. Monnet, CORIA, Acoustique, C. Corre, EDF/Septen, CEA Saclay, Michelin, St Gobain, Inserm, IrceLyon, Peugeot, Coldep.
Financement : Renault, FUI Michelin, FUI Qaicar,