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Recherche - Valorisation

Contributions à l'étude phénoménologique des impacts de vagues lors du ballottement de liquide dans une cuve modèle : physique associée à la variabilité de l’écoulement et effets d’échelle induits

le 28 juin 2018
15h

Soutenance de thèse de Mohamed Frihat (CMLA, GTT)

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Cette thèse porte sur le problème du ballottement d'un liquide dans un réservoir, rencontré dans le transport et le stockage du GNL par des structures flottantes. La prédiction des chargements dus au ballotement sur les parois du réservoir est souvent basée sur des études expérimentales à petite échelle. La modélisation expérimentale à petite échelle respecte la similitude de Froude et le ratio de densité entre le gaz et le liquide. Cependant, d'autres similitudes sont biaisées comme la similitude par rapport au nombre de Weber et la similitude par rapport au nombre de Reynolds. De plus, les pressions enregistrées montrent une grande variabilité quand le même essai est répété.

Différentes sources physiques responsables de cette variabilité sont identifiées, à savoir les instabilités de surface libre, la retombée des gouttes et des jets liquides sur la surface libre, et la production et l'entraînement des bulles dans le liquide. D'autres mécanismes de dissipation d'énergie sont mis en évidence. Ils sont liés aux frottements aux parois et aux déferlements de vagues. Cette dissipation induit un effet mémoire à courte durée pour l'écoulement, permettant de reproduire pour chaque impact la distribution statistique des pics de pression avec une courte durée des excitations.

Ces sources de variabilité et ces mécanismes de dissipation dépendent de la tension de surface et de la viscosité du liquide. Ainsi,  nous étudions dans ce travail ces paramètres physiques. Il est observé que la forme locale de la vague dépend de la tension de surface. Par contre, les effets sur la forme globale de la vague sont négligeables. Plus la tension de surface diminue, plus les pics de pression sont faibles. Ce qui est dû aux différents phénomènes liés au développement des ligaments, la fragmentation en gouttes et la génération de la mousse sur la crête de la vague, et à l'entraînement des bulles dans le liquide. Quant à la viscosité du liquide, elle affecte à la fois la forme globale et la forme locale de la vague, là encore les pressions sont modifiées.

Ces effets du nombre de Weber et du nombre de Reynolds sont identifiés en comparant la forme de la vague pour deux échelles différentes 1:40 et 1:20, quand les mêmes fluides sont utilisés. De plus, en considérant différents cas de comparaison avec la similitude de Reynolds et/ou la similitude de Weber, les résultats montrent que la double similitude est indispensable pour obtenir des résultats indépendants de l'échelle pour la forme de la vague avant l'impact. Quant à la distribution statistique des pics de pression, elle dépend aussi d'autres nombres adimensionnels à savoir le nombre de Mach du liquide et le nombre de Mach du gaz.

Mots clés : Ballottement, Variabilité des pressions, Instabilités de surface libre, Entrainement des bulles, Dissipation d'énergie, Similitude de Weber, Similitude de Reynolds.
Type :
Thèses - HDR
Lieu(x) :
Campus de Cachan
Salle Renaudeau - Bâtiment Laplace

Tutelles














Composition du Jury


Directeurs de thèse :
  • M. Jean-Michel GHIDAGLIA
    Professeur, CMLA, ENS Paris-Saclay
  • M. Laurent BROSSET
    Ingénieur, Gaztransport et Technigaz GTT

Examinateurs :
  • M. Olivier ALLIX
    Professeur, ENS Paris-Saclay
  • M. Hannes BOGAERT
    Ingénieur, Maritime Research Institute Netherlands (MARIN)
  • M. Frederic DIAS
    Professeur, CMLA, University College Dublin
  • M. Olivier KIMMOUN
    Professeur, Ecole Centrale de Marseille
  • M. Arris TIJSSELING
    Maître de conférences, Université technique d'Eindhoven

Rapporteurs :
  • M. Stéphane POPINET
    DR CNRS, Université Pierre et Marie Curie
  • M. Valentin LEROY
    CR CNRS, Université Paris Diderot

Invités :
  • M. Guillaume DE COMBARIEU
    Ingénieur, Gaztransport et Technigaz GTT
  • M. Louis DIEBOLD
    Ingénieur, Bureau Veritas

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