Contribution to the study of the drag reduction turbulent flow with an aqueous solution of CTAC
Contribution à l'étude de la réduction de la traînée en écoulement turbulent d'une solution de CTAC
Résumé
Drag reduction by additive is a physical phenomenon which induces a significant reduction of wall friction under a turbulent flow. Some additive solutions, interacting with the structure of turbulence lead to a reduction of friction up to 90 % and induce a reduction of about 30 % of pumping energy compared to that using water. Turbulent drag reduction by surfactants can be used in heating and cooling systems, in the oil transport (pipeline), ... In this work, a contribution to the study of drag reduction was carried out. An aqueous solution of additive « CTAC/NaSal » at low concentration has been studied and explored. Rheology, Particle image velocimetry (PIV) and different numerical models were used to characterize the solution of surfactants. Several parameters influencing the drag reduction such as temperature, concentration and diameter were studied. The phenomenon of sliding has been explored in Couette geometry. Finally, a model of rheological behaviour was tested by direct numerical simulation (DNS). The main results in this task have shown the characterization of the CTAC/NaSal under different condition as well as the irresponsibility of the sliding at the wall in drag-reduction phenomenon.
La réduction de la traînée est un phénomène d'écoulement qui, par la présence de très petites quantités d'additifs (polymères ou tensio-actifs) dans un fluide quelconque, consiste en une réduction significative du frottement à la paroi en régime turbulent. Certaines solutions d'additifs, en interagissant avec la structure de la turbulence conduisent à une réduction du frottement pouvant aller jusqu'à 90 % par rapport au solvant pur. Ceci induit une réduction de la puissance de pompage de l'ordre de 30 %. La réduction de la traînée peut trouver son application dans des systèmes de chauffage et de refroidissement urbains, dans le domaine pétrolier (pipelines), ... Dans ce travail de thèse une contribution à l'étude de ce type d'écoulement a été menée. Une solution réductrice de la traînée à base de « CTAC/NaSal » à faible concentration a été largement explorée. La rhéométrie, la vélocimétrie par images de particules (PIV) et des modèles numériques sont utilisés. Ainsi, les solutions de tensio-actifs ont été caractérisées rhéologiquement. Plusieurs paramètres influençant la réduction de la traînée en conduite ont été étudiés. Le phénomène de glissement à la paroi a été abordé par une étude dans une géométrie de Couette. Enfin, un modèle de comportement rhéologique issu des mesures rhéologiques a été testé par Simulation Numérique Directe (DNS). Les principaux résultats qui ressortent de ce travail montrent que le mécanisme de la réduction de la traînée est conditionné par plusieurs paramètres par contre, le glissement à la paroi n'est pas forcement responsable de la réduction de la traînée.
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