Modélisation des écoulements diphasiques : amortissement, forces interfaciales et turbulence diphasique.

Les écoulements diphasiques sont très courants dans l'industrie. Ce type d'écoulement est une source potentielle de vibration dans la tuyauterie. De tels écoulements peuvent induire des vibrations entraînant de la fatigue ou de l'usure prématurée des tuyaux. Les bris de composants de tuyauterie sont critiques et doivent être évités en particulier dans l'industrie nucléaire. Les écoulements diphasiques peuvent s'organiser dans des configurations d'écoulement très différentes et produire par conséquent de forces très variables sur la structure. À titre d'exemple, on observe une augmentation significative de l'amortissement dans les tuyaux contenant un écoulement diphasique par rapport à ceux contenant un écoulement monophasique. Cet amortissement est appelé l'amortissement diphasique. Deux articles de revues scientifiques, constituant la première partie de cette thèse, y sont consacrés. Le taux de vide (le rapport du volume de gaz par rapport au volume total) est un paramètre clé des phénomènes diphasiques et en particulier de l'amortissement diphasique. L'influence du taux de vide sur les forces d'interface et les écoulements autour de quelques bulles est donc primordiale à étudier. Dans un premier temps, un travail technique a été réalisé pour créer des instruments de mesure du taux de vide. Dans un deuxième temps, une étude sur la structure de l'écoulement autour des bulles a été réalisée. Elle constitue la dernière partie de cette thèse avec un article de revue scientifique en deux parties. Cette étude aux petites échelles est un bon moyen de comprendre les phénomènes d'écoulement diphasique dans leur globalité. La première partie de cette thèse est consacrée à l'amortissement diphasique. Cet amortissement est considéré comme une solution pour améliorer la durée de vie des structures, car il constitue un élément dominant de l'amortissement total dans la tuyauterie transportant des écoulements diphasiques. Cependant, les mécanismes responsables de l'amortissement diphasique ne sont pas encore bien compris et il n'existe pas de modèle pratique disponible pour prévoir cet amortissement. L'amortissement diphasique est de la plus haute importance pour prédire la fatigue et l'usure par frottement et par conséquent prévoir la durée de vie des structures entourées d'écoulement diphasique. Cet amortissement est également crucial pour prédire la vitesse critique pour l'instabilité fluidélastique en écoulement transverse. Toutefois, en écoulement transverse, les forces liées à l'amortissement diphasique sont accompagnées d'autres forces importantes telles que la turbulence diphasique, l'amortissement visqueux, les forces quasi périodiques, etc.