Equations continues pour l'étude de la dynamique des écoulements granulaires denses hétèrogènes - Thèses Université Clermont Auvergne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Continuum equations for studying the dynamics of dense heterogeneous granular flows

Equations continues pour l'étude de la dynamique des écoulements granulaires denses hétèrogènes

Résumé

avalanches, involve a wide range of different solid constituents that are immersed in an ambient fluid. In order to obtain a good representation of these flows, the interaction mechanisms among the different constituents of the mixture should be considered. In this research, it was developed a theoretical framework based on the mixture theory for representing the dynamics of a dense heterogeneous granular flow composed by a number of solid species with different properties, and immersed in a Newtonian ambient fluid. These fully coupled equations were solved numerically and validated by comparing the numerical results with experimental measurements of gravitational granular flows, triggered by the collapse of two-dimensional granular columns in ambient air or water. This theory was then used to investigate the ambient fluid effects on homogeneous granular flow dynamics, and the segregation effects on the dynamics of binary mixtures of small and large spherical particles of equal mass density. Our results suggest that the model equations include the essential features that describe the dynamics of dense heterogeneous granular flows. In particular, it is shown that segregation of the granular material increases the front speed because of the volumetric expansion of the flow. This increase in flow speed is damped by the ambient fluid, and this behavior is more pronounced in water compared to the case in air. It is concluded that a realistic model of dense heterogeneous granular flows should consider at least three constituents: large and small grains, and the ambient fluid.
La plupart des écoulements granulaires denses dans la nature, tels que les avalanches de débris, les écoulements pyroclastiques et les avalanches sous-marines, sont constitués d'un large éventail de différents composants solides immergés dans un environnement fluide. Afin d'obtenir une bonne représentation de la dynamique de ces écoulements, il est nécessaire d'examiner les mécanismes d'interaction entre les différents composants du mélange. Dans ce travail, nous avons développé un cadre théorique basé sur la théorie de mélange afin de représenter la dynamique d'un écoulement dense de matériau granulaire hétérogène composé d'un certain nombre d'espèces solides avec des propriétés différentes, et immergé dans un environnement fluide Newtonien. Le système d'équations obtenu a été validé en comparant les résultats numériques avec des mesures expérimentales obtenues pour des écoulements gravitaires de matériaux granulaires, générés par l'effondrement d'une colonne de grains en deux dimensions, en utilisant de l'air ou de l'eau comme milieu fluide. Cette théorie a ensuite été utilisée pour étudier les effets du fluide ambiant sur la dynamique des écoulements de matériaux granulaires homogènes, ainsi que les effets de la ségrégation sur la dynamique des écoulements granulaires de mélanges binaires constitués de petites et grandes particules sphériques d'égale densité. Nos résultats suggèrent que les équations reproduisent les caractéristiques essentielles de la dynamique des écoulements granulaires denses hétérogènes. En particulier, nous démontrons que la ségrégation des matériaux granulaires augmente la vitesse du front en raison de la dilatation de l'écoulement. Cette augmentation de la vitesse d'écoulement est amortie par l'environnement fluide, et ce comportement est plus marqué dans l'eau que dans l'air. Nous concluons qu'un modèle réaliste pour des écoulements granulaires hétérogènes doit considérer au moins trois éléments: des grains de petite et de grande taille et un environnement fluide.
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Dates et versions

tel-00719232 , version 1 (19-07-2012)

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  • HAL Id : tel-00719232 , version 1

Citer

Carolina Meruane. Equations continues pour l'étude de la dynamique des écoulements granulaires denses hétèrogènes. Volcanologie. Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II; Université du Chili, 2010. Français. ⟨NNT : 2010CLF22031⟩. ⟨tel-00719232⟩
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