Mise en évidence des paramètres influant sur les forces fluides et établissement de modèles empiriques de la traînée d'objets à géométrie variable

La connaissance du coefficient de traînée des objets a un intérêt dans de nombreuses applications industrielles. En particulier, dans les générateurs de vapeur, certains objets peuvent se déposer et, entrainés par l'écoulement, endommager les tubes. Les objets présents dans ces générateurs pouvant être très différents, la difficulté de ce projet a été de trouver des modèles de prédiction du coefficient de traînée pour un panel très varié de formes. Séparer en différentes catégories l'ensemble des objets étudiés a permis de créer des paramètres propres à chacune. Ainsi ont été étudiés successivement des objets à géométrie hélicoïdale, des objets à géométrie allongée et enfin des objets plus neutres, libres de se déplacer dans la soufflerie. Pour les objets hélicoïdaux, des simulations numériques ainsi que des résultats expérimentaux ont permis de définir le paramètre d'hélicité, et de trouver que le coefficient de traînée pour de tels objets est proche de celui d'un cylindre et dépend peu de la géométrie de base. Une analyse par Particle Image Velocimetry (PIV) a aussi été menée pour étudier le comportement du fluide, et assurer une correspondance entre l'allure de l'écoulement numérique et expérimental. Une décomposition Proper Orthogonal Decomposition (POD) a aussi été effectuée pour visualiser les différents modes de l'écoulement. L'étude du sillage derrière ces objets a montré une similarité entre l'écoulement autour d'un cylindre et d'un objet fortement vrillé. Concernant les objets allongés, un rapport de L H = 15 a été utilisé. Pour cette étude, la traînée a été obtenue par des tests en soufflerie et des simulations numériques. Enfin les objets 3D ont été testés dans une soufflerie verticale sans capteur. Le principe de mesure est basé sur l'équilibre des forces entre le poids et la traînée. Les objets sont libres de se déplacer au sein de la section d'essai. Pour cela nous avons envisagé l'étude du coefficient de traînée non pas par une valeur exacte calculée via une surface déterminée, mais comme une moyenne. Du fait de leurs mouvements, et particulièrement des rotations qu'ils effectuent autour d'eux mêmes, les objets ont été assimilés à des sphères. Pour calculer la traînée de ces objets, le coefficient de traînée d'une sphère a ainsi été utilisé.