Mesures de Vitesse et de Concentration à Haute Fidélité de Jets Turbulents Flottants

Des modèles précis des flux turbulents flottants sont essentiels pour la conception du circuit de refroidissement des réacteurs nucléaires et des systèmes de sécurité passifs. Cependant, les modèles disponibles ne parviennent pas à capturer pleinement la physique du mélange turbulent lorsque la flottabilité devient prédominante par rapport à la quantité de mouvement. Par conséquent, des expériences à haute fidélité sur des flux fondamentaux bien contrôlés sont nécessaires pour développer et valider des modèles plus précis. Nous analysons des expériences de jets turbulents flottants positifs et négatifs, tant dans des environnements uniformes que stratifiés, dans le but de comprendre l'hydraulique thermique du mélange turbulent avec une densité variable et de fournir des données à haute fidélité pour le développement et la validation des modèles de turbulence. Des mesures de vélocimétrie d'images de particules non intrusives et simultanées et de fluorescence induite par laser ont été réalisées pour acquérir des champs de vitesse et de concentration instantanés sur une section verticale parallèle à l'axe d'un jet dans la région auto-similaire. La méthode d'appariement de l'indice de réfraction a été appliquée pour mesurer des jets flottants à haute résolution avec jusqu'à 8,6 % de différence de densité. Ces données sont exemptes des erreurs typiques qui caractérisent les mesures optiques des flux sous l'influence de la flottabilité (par ex. convection naturelle et mixte) où l'indice de réfraction du fluide est inhomogène dans tout le domaine de mesure. Les statistiques turbulentes et l'entraînement des jets flottants dans des environnements uniformes et stratifiés sont présentées. Ces données sont comparées avec des jets non flottants dans un environnement uniforme, comme référence pour étudier les effets de la flottabilité et de la stratification sur le mélange turbulent. Les résultats seront utilisés pour l'évaluation des modèles de turbulence actuels et comme base pour le développement d'un nouveau modèle qui capture le mélange turbulent.