Propagation of shock waves in bubbly liquids: modelling and application to the bubble curtain problem
Propagation d'une onde de choc dans un liquide aéré : modélisation et application aux rideaux de bulles
Résumé
The present work deals with the modelling of shock wave propagation in bubbly liquids, in order to assess the damping of underwater explosion by bubble curtains. The modelling is based on a scale transition technique, which allows one to formulate efficient continuum models of bubbly liquids. A modelling of homogeneous bubbly liquids has first been proposed, then extended to the case of liquids with spherical bubble clusters. A modelling of bubble fragmentation during shock propagation has also been developed, based on a stability analysis of the bubbles. This study enables us to establish a criterion for bubble fission and to determine the number of fragments. The accuracy of the proposed models has been assessed through comparison with experimental data of the literature. The agreement between numerical and experimental results proves the predictive capabilities of the whole approach. The modelling has then been applied to the mitigation of UNDEX-induced shock wave by bubble curtain. A sensitive study about physical parameters of the curtain has been performed, and confirms the experimental trends : the use of a bubble curtain can dissipate a significant part of the shock energy.
L'objectif de ces travaux est de déterminer l'atténuation des effets d'une explosion sous-marine par un rideau de bulles. Dans ce cadre, une modélisation de la propagation d'un choc dans les liquides à bulles a été développée, basée sur une technique de transition d'échelles. Cette méthode permet la formulation de modèles continus de liquides aérés, dont la mise en œuvre est aisée et rapide. Nous avons d'abord développé une modélisation pour des liquides diphasiques au sein desquels les bulles sont régulièrement réparties dans l'espace, avant de proposer une extension de ce modèle au cas des liquides à bulles présentant des hétérogénéités de porosité sous la forme d'amas sphériques de bulles. Un modèle de fragmentation des bulles lors du passage du choc a également été développé, basé sur une analyse linéaire de stabilité des bulles. L'étude a permis d'établir un critère prédictif de fission et de déterminer le nombre de fragments associés. L'ensemble des modélisations proposées a fait l'objet de comparaisons avec des résultats expérimentaux issus de la littérature. La concordance entre résultats d'essais et résultats issus de la modélisation démontre les capacités prédictives de l'approche proposée. Cette modélisation a enfin été appliquée au cas de rideaux de bulles soumis à une explosion sous-marine. Une étude de sensibilité sur les paramètres physiques du rideau a été menée, et a permis de confirmer les tendances expérimentales : sous certaines conditions, la disposition d'un rideau de bulles sous l'eau permet de diminuer de façon très conséquente l'énergie du choc transmisse en aval du rideau.