Cette étude aborde l'impact d'un jet sur une plaque plane et sur un obstacle de section carrée. L'objectif de ce travail est l'analyse expérimentale de l'écoulement, et du transfert de chaleur associé, lorsque la surface est chauffée à densité de flux constante. Les mesures de vitesse et de turbulence ont été menées par la Vélocimétrie par Images des Particules (PIV) et l'anémométrie à fil chaud, ce qui a permis la mesure de chaque composante et du champ complet en particulier au voisinage des parois. Différents post-traitements de la PIV ont permis une nette amélioration de l'évaluation des fluctuations de vitesse. Les mesures de la température ont été effectuées par la thermographie infrarouge et la thermométrie à fil froid. La caméra utilisée, de technologie avancée, possède une résolution thermique très faible. Un travail important de post traitement des images infrarouge a permis de quantifier le champ de coefficient d'échange avec une précision inférieure à 5%. Plusieurs corrections de la température ont été menées sur les mesures par la thermométrie à fil froid pour tenir compte des effets inertiel et de conduction au niveau de la sonde. Les mesures concernant l'impact d'un jet sur une plaque plane ont complété les données de la littérature tout en mettant en évidence quelques désaccords. Nous proposons une analyse qui permet d'expliquer l'effet de la distance d'impact sur le coefficient de transfert de chaleur local. Ce travail représente une base de données aérothermiques cohérente pour la validation des modèles de turbulence. L'impact du jet sur un barreau à section carrée a montré plusieurs structures d'écoulement 3D intéressantes et une distribution complexe du coefficient de transfert de chaleur associée. Les phénomènes de décollement et de recirculation 3D ont été identifiés et analysés. Egalement, l'influence de la position du jet par rapport au barreau sur la topologie de l'écoulement a été clairement mise en évidence.

ACTUELLEMENT, LE JET D'AIR TROUVE DE PLUS EN PLUS D'APPLICATIONS DANS LE DOMAINE INDUSTRIEL, QUE CE SOIT POUR LE CONFORT D'USAGERS (SEPARATION D'AMBIANCES CLIMATIQUES), POUR LA PREVENTION ET LA PROTECTION DE POLLUTION SOLIDE OU GAZEUSE (PROTECTION INCENDIE, INDUSTRIES CHIMIQUE OU AGROALIMENTAIRE ) OU BIEN ENCORE POUR DES APPLICATIONS TELLES QUE LE TRAITEMENT DE SURFACES. MALGRE CE FORT INTERET INDUSTRIEL, ON CONSTATE QUE LES ETUDES MENEES SUR LE JET D'AIR NE PERMETTENT PAS D'AVOIR UNE CONNAISSANCE GLOBALE DE SON COMPORTEMENT, NI DES TRANSFERTS DE MASSE. NOTRE ETUDE PROPOSE UNE ANALYSE EXPERIMENTALE D'UN JET D'AIR PLAN TURBULENT EN IMPACT. L'UTILISATION D'UN BANC D'ESSAIS A GEOMETRIE VARIABLE PERMET DE REALISER UNE ANALYSE PARAMETRIQUE GLOBALE PAR ANEMOMETRIE LASER A EFFET DOPPLER (LDA). LE RAPPORT D'OUVERTURE H/E, DEFINI PAR LA HAUTEUR H DU JET ET LA LARGEUR E DE LA BUSE, ET LE NOMBRE DE REYNOLDS SONT LES DEUX PARAMETRES ETUDIES. ILS COUVRENT LES GAMMES 5-50 POUR LE RAPPORT D'OUVERTURE ET 6700-27000 POUR LE NOMBRE DE REYNOLDS. EN PARALLELE, UN MODELE GLOBAL DE DECROISSANCE DE LA VITESSE AXIALE DU JET EST PRESENTE ; IL EST BASE SUR UNE APPROCHE SEMI EMPIRIQUE QUI PREND EN COMPTE LA DECOMPOSITION DU JET EN DIFFERENTES ZONES CARACTERISTIQUES. L'ANALYSE S'ORIENTE ENSUITE PLUS SPECIFIQUEMENT VERS LA ZONE D'IMPACT AU NIVEAU DE LAQUELLE LES TRANSFERTS DE MASSE ET DE CHALEUR APPARAISSENT MAJORITAIREMENT. L'UTILISATION DE LA TECHNIQUE PAR VELOCIMETRIE PAR IMAGERIE DE PARTICULES (PIV) VIENT COMPLETER LES INFORMATIONS OBTENUES PAR LDA. ENFIN, UNE ETUDE DES TRANSFERTS DE MASSE PROPREMENT DITS EST EFFECTUEE SUR L'ENSEMBLE DU JET (A L'AIDE D'UNE METHODE UTILISANT UN ANALYSEUR DE GAZ PAR IONISATION DE FLAMME - FID). L'OBJECTIF EST DE METTRE EN EVIDENCE LA POSITION ET LA QUANTITE DE GAZ TRACEURS QUI TRAVERSENT LE JET.

Les transferts thermiques produits par les jets impactants se rencontrent dans de nombreuses applications industrielles comme la trempe et la découpe du verre, le séchage du papier, de textiles, de produits alimentaires ou encore le refroidissement d'aubes de turbines, de feuillets métalliques ou plastiques. Bien que dans ces utilisations le jet impactant soit souvent dirigé vers une surface mobile, peu d'études rapportent l'effet de la mobilité de la surface sur l'écoulement et sur les transferts thermiques convectifs. Ce travail décrit pour la première fois l'écoulement d'un jet plan confiné en impact sur une surface mobile à partir de mesures PIV. Par la suite, une configuration inclinée du jet plan confiné en impact sur une surface mobile est étudiée. Son but est l'amélioration des échanges thermiques à la paroi d'impact. Les mesures révèlent ainsi des comportements propices à l'optimisation de ces échanges.

Cette étude expérimentale porte sur la mesure et l'analyse du comportement d'un rideau d'air plan, vertical descendant, lorsqu'il se développe dans un flux uniforme en co-courant. Le rapport r entre la vitesse du cocourant et la vitesse du jet évolue dans la gamme [0; 0, 3] qui comprend le cas du jet plan classique sans co-courant (r = 0). La motivation de l'étude est, pour le laboratoire d'accueil de la thèse (Irstea de Rennes, équipe Aéraulique et Contrôle des Atmosphères Turbulentes), l'apport de connaissances précises sur les rideaux d'air séparateurs d'ambiance, en propreté et en température, pour la maîtrise des ambiances locales dans l'industrie agroalimentaire et plus largement dans le domaine de la sécurité sanitaire des aliments. Cette étude porte principalement sur le cas isotherme, sans différence de température entre le jet et le co-courant, les cas anisothermes étant seulement abordés en investigation réduite dans le dernier chapitre (chap. IV). L'analyse de la turbulence est au centre de cette étude. Elle est menée à partir des différentes grandeurs caractéristiques, dont les profils de tensions de Reynolds et les échelles turbulentes caractéristiques. Elle sous-tend également l'analyse des évolutions des grandeurs moyennes, en particulier l'expansion du profil de vitesse moyenne. Le principal moyen d'investigation expérimentale est l'anémométrie par fils chauds croisés à température constante (CTA). La Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) est utilisée dans le chapitre IV comme moyen insensible à la température, pour les études de cas anisothermes. Le rideau plan en co-courant a été mis en oeuvre dans une soufflerie verticale spécifique dont la veine d'essai a une hauteur utile de deux mètres (chap. II). L'étude s'appuie sur une analyse bibliographique (chap. I) centrée sur les équations de la turbulence appliquées aux jets plans. L'analyse du comportement dans le cas isotherme (chap. III) s'intéresse principalement à l'influence du rapport de vitesse r et du nombre de Reynolds. Un raisonnement mené sur le choix des variables d'adimensionnement pour décrire le comportement du jet amène à proposer un adimensionnement global, à la fois pour l'évolution de la vitesse moyenne sur l'axe, pour l'expansion de l'épaisseur du jet et pour l'évolution des fluctuations rms de vitesse. On obtient ainsi un modèle de comportement généralisable aux différentes valeurs de r pour les jets en co-courant, avec au passage une méthode intéressante pour évaluer par ce biais des caractéristiques du cas limite du jet plan sans co-courant. Les données complètes et précises obtenues par fils croisés permettent, en fin de chapitre III, de mener une description et analyse des échelles caractéristiques de la turbulence. Il apparaît que les échelles intégrales sont cohérentes avec le modèle proposé pour l'expansion du jet et que les échelles de Kolmogorov s'en déduisent ensuite par un recours à un rapport universel, fonction du nombre de Reynolds local.

Le present manuscrit traite une etude experimentale et numerique d'un systeme de trois jets impactants une plaque. L'etude experimentale consiste a mesurer le champ moyen de temperature et de vitesse de soufflage des jets impactant la plaque, par un thermo-anemometre. L'objectif de ce travail est de determiner les facteurs qui influencent le comportement thermique et dynamique de cet ecoulement, tels que le nombre de jets, la hauteur d'impact, les conditions d'entrees de temperatures et de vitesses, le tourbillonnement et ce, en etudiant la variation du nombre de Nusselt, les performances de l'efficacite de ventilation et l'optimisation de la meilleure configuration. Dans La deuxieme partie, on a simule numeriquement le comportement de cet ecoulement, en utilisant le code de calcul Fluent, sur la base de la methode des volumes finis. Le modele de turbulence choisi est le modele a deux equations de transports (k-epsi). Les resultats du modele (k-epsi) sont en bon accord avec les resultats experimentaux. La configuration de trois jets, relative a une hauteur d'impact 4D, avec temperatures d'entree au diffuseur (T, T, T), derive d'un meilleur transfert thermique de la plaque.

NOTRE RECHERCHE PORTE SUR L'ETUDE DE LA REACTION D'UN JET TURBULENT AXISYMETRIQUE A UNE INSTATIONNARITE EXTERNE FORCEE IMPOSEE PAR UNE BRUSQUE CHUTE DE VITESSE A L'EJECTION. UNE INSTALLATION EXPERIMENTALE DE JET D'AIR AXISYMETRIQUE A VITESSE D'EJECTION VARIABLE (RE=13350, 7000) A ETE REALISEE. LES MESURES SONT OBTENUES PAR ANEMOMETRIE A FILS CHAUDS. UN TRAVAIL IMPORTANT DE TRAITEMENT NUMERIQUE DES DONNEES EN REGIME INSTATIONNAIRE ET DES QUALIFICATIONS FINES DE L'AERODYNAMIQUE DE L'INSTALLATION ONT ETE EFFECTUEES. UNE INTRODUCTION A LA PROBLEMATIQUE DU SUJET NOUS PERMET DE PRECISER LES DIFFERENTS TYPES D'INTERACTION ENTRE L'ECOULEMENT ET L'INSTATIONNARITE EXTERNE. LEURS CONSEQUENCES SUR LES CARACTERISTIQUES GLOBALES ET SUR LES STRUCTURES TURBULENTES SONT DISCUTEES. UNE ANALYSE PAR ORDRE DE GRANDEUR CONDUIT A UNE CLASSIFICATION DES PHENOMENES D'INTERACTION. L'INSTATIONNARITE INITIALE BALAIE L'ECOULEMENT DU JET TOUT EN ETANT GEREE PAR LUI-MEME. L'ADAPTATION LOCALE DE L'ECHELLE DE TEMPS DE LA DECROISSANCE DE LA VITESSE A L'ECHELLE DE TEMPS DU JET EST MISE EN EVIDENCE. LA REACTION DES STRUCTURES TURBULENTES EST ETUDIEE D'UNE FACON DETAILLEE. ENSUITE, LA CARACTERISATION DE L'EVOLUTION INSTATIONNAIRE DU CHAMP DE VITESSE SUR L'AXE DU JET EST PRESENTEE. LA PROPAGATION DE LA PERTURBATION, SA FORME ET SON TEMPS CARACTERISTIQUE SONT EN BON ACCORD AVEC LES RESULTATS D'UN MODELE ANALYTIQUE BASE SUR LES EQUATIONS SIMPLIFIEES DE COUCHE LIMITE. LES EVOLUTIONS TEMPORELLES AFFINES ET SYNCHRONISEES DE LA VITESSE MOYENNE ET DES COMPOSANTES FLUCTUANTES DE VITESSE ONT ETE MISES EN EVIDENCE. UNE INVERSION LOCALE DU SIGNE DE GRADIENT LONGITUDINAL DE LA VITESSE MOYENNE AXIALE LORS DE LA CHUTE, CREE UN DESEQUILIBRE DE LA TURBULENCE MENANT A UNE INVERSION DE LA CASCADE D'ENERGIE. L'EVOLUTION INSTATIONNAIRE TRANSVERSALE MONTRE UNE AUGMENTATION DE DIAMETRE DU JET D'ENVIRON 20 % PENDANT LA CHUTE DE VITESSE. CECI PEUT-ETRE DU A UN EFFET DE SILLAGE ET UN EFFET DE RETARD DE L'ACTIVITE DES GRANDES STRUCTURES GERANT L'ENTRAINEMENT DU JET. ENFIN, UN BILAN DE QUANTITE DE MOUVEMENT DANS LA ZONE AFFECTEE PAR L'INSTATIONNARITE EST EFFECTUE. L'EVOLUTION TEMPORELLE DU BILAN D'ENERGIE CINETIQUE ET DES TERMES DE PRODUCTION DES EQUATIONS DES TENSIONS DE REYNOLDS SONT PRESENTES. CE TRAVAIL CENTRE SUR L'ANALYSE FINE D'UN ECOULEMENT MODELE INSTATIONNAIRE NOUS PERMET D'UNE PART D'ACQUERIR UNE MEILLEURE COMPREHENSION PHYSIQUE DES INTERACTIONS ENTRE UN ECOULEMENT DU JET ET UNE FORTE INSTATIONNARITE EXTERNE IMPOSEE ET D'AUTRE PART DE FOURNIR UNE BASE DETAILLEE DE COMPARAISON POUR LES SIMULATIONS NUMERIQUES

La première partie de l'étude s'intéresse à la modélisation de l'impact d'un jet de gaz plan et mince sur une paroi plane en vue d'en déduire les distributions de pression et de contrainte de cisaillement sur la paroi. Dans la deuxième partie, ces résultats sont utilisés pour étudier le comportement d'un film liquide visqueux entraîné par le déplacement vertical d'une bande et soumis à l'action d'un jet. Les actions du jet sur la surface sont déterminées par un calcul numérique en utilisant un schéma de type volume fini. L’écoulement d'un jet bidimensionnel, turbulent et compressible sur une plaque plane est modélisé en utilisant le modèle de turbulence k- avec des fonctions de paroi. Pour réduire l'influence du maillage près de la paroi sur le calcul de la contrainte de cisaillement pariétale, une loi de paroi hybride est proposée en utilisant simultanément la loi de paroi logarithmique et sa forme généralisée. Les distributions de pression et de contrainte de cisaillement sont calculées et validées par des mesures expérimentales. L’équation du mouvement du film liquide est écrite en considérant le terme d'accélération, négligé dans les études précédentes. Le modèle est appliqué a un processus de galvanisation et validé par des résultats expérimentaux obtenus dans des conditions diverses