Trajectoire de bulles

Trajectoire de bulles

Les figures 90, 91 et 92 ci-dessous représentent toujours pour le débit Q1 et pour un GVF=10%, la trajectoire d’une bulle de gaz partant d’un point pris au milieu de la section d’entrée du domaine (ligne en rouge) et la ligne de courant d’une particule liquide partant du même point (ligne en noir). Les figures donnent également les positions successives de la bulle et de la particule liquide relevées pour un même écart temporaire. On voit sur ces figures de façon qualitative qu’à l’intérieur de la grille d’aubes, la bulle de gaz se déplace légèrement plus vite que la particule fluide pour un diamètre de 200µm. De par la force de trainée, elle se retrouve plus proche de la face en dépression et rencontre donc une vitesse moyenne locale plus forte puisque plus proche de l’extrados. Ce n’est pas le cas des grosses bulles (figure 92). Cependant, cet effet local disparaît dès la sortie de la grille pour des bulles de plus grosses dimensions ; les bulles reprennent une position relative identique à la phase liquide, si bien que globalement tout se passe comme si on était en phase homogène. Sur la figure 90 pour laquelle le diamètre de la bulle est dbulle = 100 µm , on voit que la trajectoire de la bulle suit quasiment la ligne de courant de la phase continue. En revanche, sur la figure 91, et ce pour un diamètre de bulles dbulle = 200 µm , on observe une accélération et une déviation de la trajectoire de celle-ci plus nette par rapport à celle de la phase continue. Pour un diamètre de la bulle plus important dbulle = 500 µm sur la figure 92, la déviation est encore plus marquée.

Comme expliqué dans le chapitre 2, l’accumulation des bulles sur le côté en dépression des aubages peut s’expliquer au moyen des forces agissant sur une bulle de gaz isolée comme illustré sur la figure 93. En effet, on rappelle que la déviation des bulles est liée à l’action de la force de traînée Fd due à la vitesse de glissement entre les deux phases et la force due au gradient de pression Fp . Ainsi la résultante FR de ces deux forces tend à diriger les bulles vers le côté en dépression des  – La seconde zone comprend l’écoulement principal non affecté par les sillages des aubages. Par abus de langage, nous dénommons cette zone : écoulement sain. On assiste à une légère diminution de l’angle de l’écoulement de la phase continue. L’angle diminue de 45° à GVF =0 % à des valeurs de l’ordre de 43° pour un GVF de 50 %. L’impact du GVF sur l’angle de l’écoulement de la phase continue semble être sensiblement dépendant du débit.  en fonction du GVF pour chacun des débits étudiés. Rappelons que la moyenne utilisée ici est la moyenne arithmétique pondérée par la vitesse axiale en sortie pour les raisons que nous avons évoquées dans le chapitre 3 (présence du sillage).  On peut donc conclure que les performances de la grille d’aubes dépendent du GVF quand celui-ci varie de 0 à 20%. Au-delà de 20% l’influence du GVF est très faible. Nous ne savons pas à ce stade de notre étude, si l’asymptote en GVF est inhérente au modèle à deux fluides que nous avons choisi pour les simulations numériques. Remarquons aussi que dans la littérature, la plupart des études sur les écoulements polyphasiques dans des turbomachines se limitent à un GVF de 30%. Barrios et al (2009) ont démontré que pour une pompe centrifuge en écoulement diphasique liquide/gaz, le gain de pression pouvait devenir négatif à partir d’un GVF=15%. En définitif, on peut dire que les performances de la grille d’aubes diminuent lorsque le GVF varie de 0% à 20%.

En définitive, cette étude paramétrique démontre que la chute de pression à la traversée de la grille d’aubes est fortement corrélée à la pression, via la granulométrie des bulles, au GVF, et dans une moindre mesure, au débit de la phase continue. Pour mettre en évidence cette hétérogénéité qui selon la littérature est à l’origine des pertes hydrauliques de la grille d’aubes, nous avons représenté l’évolution de ces angles en fonction des paramètres que sont le diamètre des bulles et le GVF. L’objectif étant de voir comment évolue l’écart entre ces deux angles en fonction de ces deux paramètres, sur une ligne située légèrement en aval des bords de fuite.  l’efficacité diphasique d’une pompe avec la pression d’aspiration. En effet, on a vu que l’efficacité diphasique pour un GLR donné diminue avec la pression. Or la pression d’aspiration joue sur la granulométrie des bulles de gaz dans un écoulement dispersé. En effet dans un écoulement diphasique à bulles dispersées, plus la pression d’aspiration est forte et plus les bulles auront de petits diamètres. Par conséquent meilleure sera l’efficacité diphasique. Ainsi donc un écart important entre 2gaz.