Modélisations expérimantales et numériques des écoulements dans un tube coudé :  Application au modèle de crosse aortique

(cf. A4, A5, A7, A18, A19, A21, C7, C16, C17, C30, C31, C43, C44)

Dans le cadre d'un travail de thèse puis d'un stage, une étude expérimentale est réalisée depuis 1996 sur un modèle simplifié de crosse aortique. L'objectif premier de ce travail est d'analyser l'effet de " starting " des écoulements physiologiques. En début de période, les signaux physiologiques partent du repos par opposition aux écoulements oscillatoires simples qui ont une vitesse initiale non nulle. Ce phénomène de départ confère aux écoulements des structures particulières. Une étude de la transition à la turbulence a également été entreprise pour ce type d'écoulement. Grâce à des enregistrements de vitesse par anémométrie film chaud, une nouvelle loi de transition a été établie. Celle-ci se réfère à un nouveau paramètre de fréquence associé au temps d'accélération systolique.

Nous avons par ailleurs étudié les mouvements secondaires générés par ce type d'écoulement dans un coude. Un banc de test original a été réalisé afin de produire des écoulements oscillatoires et physiologiques exempts de toutes perturbations extérieures. L'instrumentation actuellement mise en place, a permis de quantifier différentes grandeurs dans la partie rectiligne du tube (pression, débit, vitesse instantanée ).

Des visualisations par tomographie laser ont permis de mettre en évidence la complexité de l’évolution des structures tourbillonnaires tridimensionnelles instationnaires dans la partie coudée. Une analyse paramétrique en fonction du nombre de Dean et du paramètre de fréquence a été entreprise pour établir une classification des écoulements. Il est important de noter la forte influence de l’effet de mise en mouvement pour ces écoulements de type “starting flow”.

Développement des structures secondaires dans un plan perpendiculaire à l’écoulement axial pour un angle de 120°. De = 310, a  = 10.4, n = 3.9cPo,                       r = 1065Kg/m3.

Suite à ces premiers résultats, des simulations numériques ont été réalisées sur des modèles géométriques identiques. Les résultats obtenus montrent un bon accord qualitatif numérique-expérimental.

Comparaison visualisations expérimentales – numérique pour un angle de 60°,
De = 464, a = 10.4, n = 3.9cPo, r = 1065Kg/m3

Afin de comparer quantitativement les modélisations numériques et expérimentales des mesures de vitesses dans la partie coudée sont en cours de réalisation. Une fois la comparaison établie, nous pourrons alors évaluer le comportement du frottement pariétal sur les parois intérieure et extérieure de la partie coudée à partir des simulations numériques, le frottement pariétal, rappelons-le, étant une grandeur physique corrélée au développement de l’hyperplasie intimale.