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Theses

Contribution à la caractérisation des processus d’entraînement d’air dans les circuits d’aménagements hydro-électriques

Résumé : Ce travail porte sur l’entrainement d’air créé par des jets plongeants de grandes dimensions. Les applications directes dans le monde de l’hydroélectricité sont l’optimisation énergétique des usines, la gestion de l’environnement autours des infrastructures et la prévision des impacts de crues extrêmes à l’aval des barrages. Pour maîtriser ces applications, il est nécessaire de quantifier la profondeur de pénétration du nuage de bulles, de prévoir la répartition des bulles et la quantité d’air entrainé. La revue bibliographique montre que de nombreux modèles, prédisant la profondeur de pénétration ou le débit d’air entrainé existent. Leur validité est cependant limitée à leur strict domaine d’application. Une première expérimentation a été menée sur des jets circulaires dont le diamètre est de l’ordre de dix centimètres et une longueur de chute de 2.6 m. La comparaison des résultats avec les relations disponibles montre que les modèles proposés dans la littérature ne capturent pas correctement la profondeur de pénétration, la taille des bulles générées et le débit d’air entrainé. Cette expérimentation montre de plus que les jets battent et ont un état à l’impact aéré, avec des corrugations importantes. Dans une seconde expérience, nous avons caractérisé à plus petite échelle l’influence du mouvement du jet sur la profondeur de pénétration. Il s’avère que l’oscillation du jet a une influence globale sur la diminution de la profondeur de pénétration, mais que cette influence ne suffit pas pour expliquer les écarts entre les pénétrations des jets de grande dimensions et celles prédites par différents modèles. Nous avons alors conçu et exploité un troisième dispositif, à grande échelle, pour analyser des jets dont les vitesses à la buse sont comprises entre 2 et 30 m/s, avec des diamètres de buse compris entre 24 et 213 mm et pour une hauteur de chute d’environ 10 m. Ce moyen d’essais permet aussi d’investiguer les nuages de bulles puisque les jets sont réceptionnés dans une fosse de 5 m de diamètre avec une profondeur atteignant 23 m. Le croisement des mesures réalisées par analyse des vidéos hautes fréquences de la chute des jets, de la force à l’impact et des mesures à la sonde optique dans les nuages de bulle, nous permettent de mettre en évidence que l’état du jet à l’impact a une influence significative sur l’entrainement d’air. Nous identifions clairement des jets dont les formes et les débits d’air sont différents de ceux précédemment étudiés. Notre analyse nous permet aussi de proposer un modèle simple sans aucun paramètre d’ajustement, basé sur le bilan des forces appliquées au nuage de bulle, et qui permet de prévoir la profondeur de pénétration du nuage de bulles pour une large gamme d’échelles de jet.
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02506374
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Thursday, March 12, 2020 - 12:11:07 PM
Last modification on : Friday, July 3, 2020 - 4:44:05 PM
Document(s) archivé(s) le : Saturday, June 13, 2020 - 2:48:01 PM

File

GUYOT_2019_archivage.pdf
Version validated by the jury (STAR)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02506374, version 1

Collections

STAR | LEGI | UGA | CNRS

Citation

Grégory Guyot. Contribution à la caractérisation des processus d’entraînement d’air dans les circuits d’aménagements hydro-électriques. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université Grenoble Alpes, 2019. Français. ⟨NNT : 2019GREAI081⟩. ⟨tel-02506374⟩

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