Etude des écoulements dans les conduits à motifs périodiques : application aux évacuateurs de crues

Abstract

Devant la complexité des écoulements sur des marches, les modèles réduits restent un outil privilégié. Nous avons fait des séries d'expérimentations sur plusieurs maquettes de canaux en marches d'escaliers. Deux régimes d'écoulement dans les canaux en marches d'escaliers existent. L'écoulement en nappe est caractérisé par des ressauts partiellement développés et pleinement développés. L'écoulement extrêmement turbulent est caractérisé par un écoulement non aéré à l'amont du point d'inception et aéré à l'aval du point d'inception. Le premier écoulement dissipe plus d'énergie que le deuxième du fait de la présence des ressauts hydrauliques. L'apparition de l'écoulement extrêmement turbulent est fonction des dimensions des marches, des débits et des pentes. Nos résultats expérimentaux nous ont permis de proposer des formules empiriques permettant d'étudier les écoulements dans les canaux à macro-rugosité à faible et à forte pente. Pour simuler numériquement l'écoulement dans un canal en marches d'escaliers, un modèle mathématique a été élaboré. La nature turbulence de l'écoulement, nous a conduit à l'application de l'approche statistique en un point aux équations de Navier Stokes, qui aboutissent au système d'équations de Reynolds et celle du modèle de turbulence k-ε. Afin d'évaluer les paramètres des écoulements aérés, en utilisant la théorie des écoulements homogènes, nous avons travaillé avec un modèle globale qui ne s'intéresse à aucune description détaillée de l'écoulement disphasique. Finalement, l'écoulement est régi par un système d'équations aux dérivées partielles de type paraboliques, non linéaires. La discrétisation de ces dernières est établi à l'aide de schémas aux différences finies. Les résultats numériques ont permis de voir l'effet des éléments rugueux en marches d'escalier sur l'auto-aération des écoulements à travers les canaux à fortes pentes, ainsi que l'influence de la variation du débit et de la pente du canal sur le phénomène en question.