Etude expérimentale d'une injection turbulente : application au jet impactant une surface libre

Abstract

L'objectif de ce travail est de contribuer à la compréhension de l’interaction turbulence/interface lors de l’impact perpendiculaire d’un jet d’eau vertical ascendant sur une surface libre eau/air. La démarche a consisté tout d’abord à mettre en place un moyen expérimental pour produire une injection turbulente et mesurer ses caractéristiques. Un moyen d’essais modulaire a été conçu, mis en place et instrumenté. Le dispositif mis en oeuvre utilise des techniques optiques permettant de mesurer les caractéristiques de la turbulence et du mélange dans un écoulement de jet turbulent (PIV/LIF/Ombroscopie synchronisées). Ces techniques ainsi que les traitements spécifiques associés sont présentées dans le détail. Le dispositif de mesure a permis de caractériser l’injection turbulente produite, en termes de vitesse, de turbulence et de mélange. Le profil de vitesse atteint un comportement autosimilaire, avec des valeurs pour les constantes d’autosimilarité en accord avec la littérature sur les jets libres. L’étude de l’interaction turbulence/interface a été menée par comparaison de différentes configurations d’écoulement (impact sur paroi rigide ou sur surface libre). L’analyse de la région de jet libre fait apparaître que le développement axial et radial du jet est identique quel que soit le type d’impact, que ce soit en termes de vitesse ou de mélange. En revanche, dans la région d’impact, les comportements diffèrent, et le mélange est favorisé par la présence de l’interface fluctuante. Les résultats expérimentaux obtenus en présence d’un léger confinement latéral ont été comparés à des simulations numériques (LES).