The influence of the cross section shape on channel flow : modeling, simulation and experiment
Influence de la forme de section transversale sur l'écoulement dans un canal : modélisation, simulation et expérimentation
Résumé
Physical models of physiological flow-induced phenomena, such as blood flow through a stenosis or air flow during human speech production, often rely on a quasi-one-dimensional or two-dimensional flow model, so that details of the cross section shape are neglected. Nevertheless, boundary layer development is known to depend on the cross section shape. The aim of this thesis is to model, simulate and characterize the potential impact of the cross section shape for pressure-driven laminar channel flow without and with constriction. Stretched coordinates are introduced to obtain viscous flow solutions for channels with an arbitrary cross section. The proposed cross section shape parametrization is applied to solve physical equations for two-dimensional and three-dimensional shapes. A simplified quasi-three-dimensional flow model, which accounts for kinetic losses, viscosity and the cross section shape, is presented and applied to describe the flow through a stenosis. Finally, flow data are gathered experimentally and numerically in order to characterize the influence of the cross section shape in the case of a constricted channel. Modeled, experimental and numerical data are compared.
La modélisation des phénomènes physiologiques induits par un écoulement, tels que l'écoulement sanguin au travers d'une sténose ou l'écoulement d'air lors de la production de parole, repose souvent sur des théories quasi-unidimensionnelles ou bi-dimensionnelles. Cependant, il est établi que le développement des couches limites dépend de la section transversale. Le but de cette thèse est de modéliser, simuler et caractériser l'importance potentielle de la section transversale sur les écoulements laminaires, contrôlés en pression, en l'absence ou en présence d'une constriction. Des coordonnées de translation sont utilisées pour obtenir des solutions pour des écoulement visqueux au travers d'une section de forme arbitraire. Cette paramétrisation est appliquée à la résolution des équations physiques pour des formes à deux et à trois dimensions. Un modèle d'écoulement simplifié quasi-tridimensionnel, qui prend en compte les pertes dissipatives par convection, la viscosité et la forme de la section est présenté et appliqué à la description de l'écoulement le long d'une sténose. Des données expérimentales et issues de simulations numériques sont collectées afin de caractériser l'influence de la forme de la section transversale dans le cas d'une constriction. simulation numérique sont comparées.
Origine : Version validée par le jury (STAR)