Une nouvelle structure d'écoulement en bifurcation à surface libre

A new flow structure in a dividing open channel

¹ Université de Lyon, INSA de Lyon, LGCIE - DEEP - Laboratoire de Génie Civil et Ingénierie Environnementale - déchet Eau Environnement Pollution, 20 avenue des arts, F-69621 Villeurbanne cedex, France.
adrien.momplot@insa-lyon.fr (auteur correspondant), gislain.lipeme-kouyi@insa-lyon.fr, jean-luc.bertrand-krajewski@insa-lyon.fr
² LMFA, CNRS-Université de Lyon, INSA de Lyon, Bat. Joseph Jacquard, 20 avenue A. Einstein, F-69621 Villeurbanne cedex, France.
emmanuel.mignot@insa-lyon.fr, nicolas.riviere@insa-lyon.fr

Résumé

Les bifurcations sont des ouvrages spéciaux présents en réseau d'assainissement et qui sont le siège d'écoulements complexes qu'il est important de comprendre et de maîtriser afin de mieux appréhender le transport de polluants particulaires ou dissous. L'étude présentée dans cet article porte sur la description de deux structures différentes observées expérimentalement et numériquement dans la branche aval latérale d'une bifurcation à 90° à surface libre. Ces deux structures sont des recirculations, l'une classique (2D), l'autre en hélicoïde (3D). Après avoir validé le modèle numérique grâce aux données expérimentales de vitesse et hauteur, une campagne de simulations a été menée dans le but de bien décrire ces structures. La visualisation des lignes de courant en 3D montre que leurs caractéristiques d'échange avec l'écoulement principal dans chaque branche sont très différentes, comme devrait l'être ainsi leurs influences sur le fonctionnement du réseau.

Abstract

Dividing flows have been widely studied. These special structures found in sewers are responsible for complex flows. The understanding of these complex flows is the basis to better manage pollutants transport and mixing in sewer systems. This paper describes two flow structures observed experimentally and numerically in the downstream lateral branch of a 90° open channel dividing flow. These structures are recirculation flows: a classical one (2D) and a helix-shaped one (3D). First, the numerical model has been validated, being confronted with experimental measurements of velocities and water depths for two reference cases. Then, a numerical campaign has been led in order to describe in detail these structures. For the two types of recirculation, the flow visualization, notably of the streamlines in 3D, shows quite different characteristics of exchange with the main flow. It should be the same for their influence on the operation in sewers.