Mesure de vitesse à l`aval de singularités

Mesure
de vitesse
à l’aval
de singularités
Eléments de contexte
De nombreuses confluences,
défluences, déviations, …..
Le cas des déviations
Exemple de champ de vitesses de temps sec
à 25 m à l’aval d’un coude à 90°
Jusqu’où la singularité influencet-elle le champ de vitesses ?
0,6
Ecoulement
0,7
0,8
CFD : un outil d’étude paramétrique
120 m
R
?
75 %
50 %
50 m
x
D : diamètre
B : largeur à la surface
25 %
D
Paramètres
angle (°)
H/D (%)
D (m)
V (m/s)
14/01/2013
30
25
1,5
0,5
60
50
2,0
1,0
90
75
2,5
1,5
2,0
5/22
Elément de quantification
ulem
Éc o
ent
hé For
tér
og te
én
éit
é
α
Tra
ns
it
ion
Dé
ve
lop
pé
U(x,y,z) est la vitesse locale dans la section d’abscisse x
U(∞,y,z) est la vitesse dans une section où l’écoulement est pleinement développé.
6
Faible influence du diamètre
25
D=1.5m
D=2.0m
20
D=2.5m
15
∆V %)
10
5
0
0
10
20
30
40
x/B
50
60
70
25
Influence de l’angle limitée
à l’aval immédiat de la singularité
30°
60°
20
90°
15
∆V %)
10
5
0
0
10
20
30
40
x/B
50
60
70
Nette influence
de la vitesse moyenne
25
25%
25
25%
50%
20
∆V
(%)
75%
50%
20
15
15
10
10
5
5
0
0
0
10
20
30
40
50
60
x/B
(a) V=0.5m/s
70
80
75%
0
10
20
30
40
50
x /B
60
70
80
(b) V=2.0m/s
Exemple de caractéristiques
de débitmètres (Larrarte et al., 2008)
Capteur
A
C
Marque et
modèle
Angle
Angle
Portée (m)
d’émission d’ouverture(°
(°)
)
Sygma 950
15
17
3,5
Isco 4250
Vitesse moyenne
délivrée par le capteur
31
10
0,8
h = 0,66 m
R=6m
Vmoy = 0,71 m/s
Distance de
la sortie du coude
1- 9 m
2- 18 m
3- 27 m
4- 36 m
5- 45 m
6- 80 m
Capteur A :
• Influence de la distance à l’aval
• Influence du taux de remplissage
V=0,5m/s
V=2,0m/s
V=0,5m/s
V=2,0m/s
30
25
20
erreur (%)
15
10
5
0
0
25
50
75
Taux de remplissage (%)
100
x/B=5
x/B=5
x/B=20
x/B=20
Capteur C :
• Influence de la distance à l’aval
• Influence complexe
du taux de remplissage
V=0,5m/s
V=2,0m/s
V=0,5m/s
V=2,0m/s
30
25
20
x/B=5
x/B=5
x/B=20
x/B=20
Erreur (%)
15
10
5
0
0
25
50
75
Taux de remplissage (%)
100
Cas des cordes
z
D
Surface libre
S3
{
S2
{
S1
{
Erreur
(%)
25%
50%
75%
1-corde
12,5
10,8
5,8
9,1
5,5
7,5
5,4
Corde 3
Corde 2 2-cordes
Corde 1 3-cordes
Erreurs augmentent quand taux de remplissage diminuent
Même résultats à x/B = 5 qu’à x/B = 70
Conclusions :
longueur de rétablissement
4 paramètres étudiés :
peu d’influence du diamètre
influence de l’angle limitée à l’aval immédiat
influence du taux de remplissage
à remplissage donné,
influence de la vitesse en amont
Conclusion : erreurs dans
la zone influencée
Les simulations montrent que :
• Les résultats des Dopplers sont très sensibles
à la proximité d’une déviation
• L’erreur peut atteindre 30%
• Les cordes représentent une bonne alternative
pour mesure le débit si le site s’y prête
(absence de bulles)
Conclusion 1/2
• la précision de l’évaluation d’une vitesse
moyenne (et donc d’un débit) dépend
de la configuration du site
et de la technologie utilisée.
• on peut en tenir compte dans le calcul
d’incertitudes à condition d’avoir
des informations….
Conclusion 2/2
Des informations ?
• existence d’une norme ISO et non NF
• peu de fabricants français
Et de toutes façons :
Faire un calcul d’incertitudes
ne dispense pas de vérifier in situ
Et ne pas oublier les fondamentaux
Merci
de votre
attention
19
Merci de votre
attention
hauteur (m)
Vmoy (m/s)
vitesse doppler (m/s)
vitesse au courantomètre (m/s)
1,80
1,60
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
8:24
10:48
13:12
15:36
18:00
Heure légale
20:24
22:48
Exemple d’influence : fixation en paroi
mise en œuvre sous flotteur
rotule de fixation
flotteur PVC
capteur de vitesse
22
section droite : déjà pas simple
Effet des courants
secondaires
étroit (Ar < 5)
Anisotropie de la turbulence
Intérêt de l’étude numérique :
Courants secondaires
Anisotropie de la turbulence
Surface libre
3D RANSE
Modèle au 2nd ordre
Multiphasique
VOF
Diphasic + 2nd order
Monophasic + 2nd order
(c)
Vmax =0.004 m/s
Définition du paramètre Isx
∑ (U ( x, y, z ) − U (∞, y, z ))
2
I SX = 100 ×
n
nU
ISX mesure l’écart (quadratique moyen)
entre le champ de vitesses perturbé
et un champ établi afin d’évaluer
une longueur de rétablissement
U(x,y,z) est la vitesse locale dans la section d’abscisse x
U(∞,y,z) est la vitesse dans une section où l’écoulement est pleinement développé.