| Titre : | Etude des instabilités d'un écoulement à surface libre sur un fond à géométrie périodique |
| Auteurs : | A. Le Fessant ; INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE |
| Type de document : | thèse/mémoire |
| Année de publication : | 2001 |
| Format : | 163 p. |
| Note générale : |
Sigle : INP TOULOUSE Diffusion tous publics |
| Langues: | = Français |
| Catégories : | |
| Mots-clés: | ECOULEMENT A SURFACE LIBRE ; CANAL EXPERIMENTAL ; ANALYSE NUMERIQUE ; DEBIT ; MODELE NUMERIQUE ; EQUATION DE SAINT VENANT |
| Résumé : |
Dans cette étude nous nous proposons de caractériser les phénomènes d'instabilités apparaissant à la surface libre d'écoulements dans des canaux à forte pente et sur des fonds à géométrie périodique. Trois types d'approches sont développées : expérimentale, numérique et théorique. Nous établissons d'abord les équations de Barré Saint Venant constituant la base de notre étude, puis effectuons une revue bibliographique des phénomènes d'instabilité déjà observés. L'étude expérimentale est basée sur des mesures de hauteurs d'eau effectuées dans un canal artificiel permettant l'observation visuelle des écoulements. Sur fond lisse, il apparaît des ondulations de la surface libre, périodiques et stables, déjà connues sous le nom de roll waves. Pour des applications industrielles, des rugosités artificielles, représentées par diverses barrettes, ont été placées à intervalles réguliers au fond du canal. Nous étudions ensuite l'influence sur la configuration de l'écoulement des paramètres suivants : espacement interrugosité, pente et débit. Différents types d'instabilités (paquets d'eau, trains d'onde et sinusoïdes) ont ainsi pu être identifiés à l'aide par exemple de transformées en ondelettes. Le développement des différentes ondes apparaît comme lié à la présence et à la nature des obstacles. Une étude numérique est présentée avec notamment, la description et la validation du modèle numérique, et la justification du choix de la méthode de résolution. La réflexion théorique pose le problème de la caractérisation de la stabilité d'un écoulement à surface libre monodimensionnel sur un fond incliné à géométrie périodique. Nous présentons enfin les résultats de l'application du code de calcul à des écoulements sur fond incliné avec obstacles. Ceci permet de retrouver et valider les résultats théoriques, puis d'examiner dans quelle mesure le modèle est capable de rendre compte des phénomènes d'instabilités apparaissant expérimentalement sur ce type de fonds. This study consists in the characterisation of free surface instabilities observed on inclined open?channel with a periodic bottom. Three approaches are developed : experimental, numerical and theoretical. First, one establishes the Barré Saint?Venant equations which constitute the basis of our study. We also make a review of the instabilities phenomena already observed over inclined channels with artificial and natural macroroughness. Then, one presents the experimental study results. It is mainly based ?on water height measurements made on an artificial channel which allows a visual investigation of the flow. Over smooth channel, it appears periodical and stable free?surface undulations already known as "roll waves". In order to include industrial applications, artificial roughnesses, simulated by several types of barriers, are immersed at regular intervals. We then study the influence on the flow configuration of several parameters : roughness distance, slope and flow rate. Several kind pf instabilities (water packets, wave trains and sinusoids) have been identified using for, example wavelet transforms The waves development appears as related to the presence and the barriers; characteristics. The numerical study is presented insisting on the description and on the validation of the numerical model and also on the justification of the resolution method choice. The theoretical approach aims at explicit the stability characterisation problem applied to one dimensional flow on inclined open channel with periodic barriers. Finally, one presents results of the application of the numerical code on experimental configurations. This allows to retrieve and validate roll waves theory and also to characterise the model ability to simulate instabilities phenomena already observed during the experimental study. |
| Diplôme : | Thèse de doctorat, spécialité : sciences de la terre et de l'environnement, option : mécanique des fluides |
Exemplaires (1)
| Centre | Localisation | Section | Cote | Statut | Disponibilité |
|---|---|---|---|---|---|
| Lyon | Villeurbanne | Thèses/Mémoires | FAURE/TH.9404 | Consultable sur place | Exclu du prêt |
