Ce travail concerne l’analyse de l’écoulement d’un jet plan confiné en impact sur une surface mobile à partir de mesures PIV. A cet effet, un banc d’essai a été réalisé. Dans cette étude, la hauteur d’impact H est fixée à 8 fois la largeur de buse de soufflage e et la gamme du nombre de Reynolds s’étend de 480 à 11700. Les mesures réalisées par PIV sur l’écoulement permettent d’établir un comportement global du jet en fonction du rapport de vitesse surface-jet RSJ. De plus, il apparaît de fortes modifications topologiques de l’écoulement en fonction de RSJ, ce qui conduit à d’importants changements concernant la distribution locale des transferts de chaleur convectifs pariétaux. 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. Finalement, une simulation numérique, à l’aide d’un modèle de turbulence k-ε modifié, est menée et validée sur certains des cas traités expérimentalement

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.

This book presents a snapshot of the state-of-art in the field of turbulence modeling, with an emphasis on numerical methods. Topics include direct numerical simulations, large eddy simulations, compressible turbulence, coherent structures, two-phase flow simulation and many more. It includes both theoretical contributions and experimental works, as well as chapters derived from keynote lectures, presented at the fifth Turbulence and Interactions Conference (TI 2018), which was held on June 25-29 in Martinique, France. This multifaceted collection, which reflects the conference ́s emphasis on the interplay of theory, experiments and computing in the process of understanding and predicting the physics of complex flows and solving related engineering problems, offers a timely guide for students, researchers and professionals in the field of applied computational fluid dynamics, turbulence modeling and related areas.

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.

DE NOS JOURS, LE REFROIDISSEMENT PAR IMPACT DE JET EST TRES UTILISE DANS LE MONDE INDUSTRIEL SOUS DES CONTRAINTES GEOMETRIQUES ET AEROTHERMIQUES VARIABLES. CETTE TECHNIQUE PERMET DE TRANSFERER UNE QUANTITE DE CHALEUR IMPORTANTE ET CE SUR UNE ZONE RELATIVEMENT LOCALISEE. L'ETUDE ABORDEE CONCERNE, L'IMPACT D'UN JET PLAN D'AIR EN ESPACE CONFINE SUR UNE PLAQUE PLANE CHAUFFEE A DENSITE DE FLUX INJECTEE CONSTANTE. ELLE A POUR OBJECTIF D'ANALYSER LE ROLE DU CONFINEMENT SUR L'ECOULEMENT ET SUR LE TRANSFERT DE CHALEUR ET NOTAMMENT DE COMPRENDRE LES PHENOMENES TRANSITIONNELS ET OSCILLATOIRES A FAIBLE NOMBRE DE REYNOLDS. POUR CE FAIRE, CETTE ETUDE S'APPUIE SUR UNE PARTIE EXPERIMENTALE IMPORTANTE, MAIS AUSSI SUR UNE APPROCHE THEORIQUE BASEE SUR L'EQUATION D'ORR SOMMERFELD POUR LES MODES INSTABLES, ET L'EQUATION D'AMPLITUDE DE LANDAU POUR LES OSCILLATIONS AUTO-ENTRETENUES. AU COURS DE CES TRAVAUX, UNE COLLABORATION A ETE INITIE ENTRE TROIS LABORATOIRES UNIVERSITAIRES, IMFT (INSTITUT DE MECANIQUE DES FLUIDES DE TOULOUSE), LE LESETH (LABORATOIRE ETUDE DES SYSTEMES ET DE L'ENVIRONNEMENT THERMIQUE DE L'HOMME) ET LE CETHIL (CENTRE DE THERMIQUE DE LYON). CETTE COLLABORATION A PERMIS DE METTRE AU POINT UN DISPOSITIF EXPERIMENTAL AINSI QUE L'UTILISATION DE TECHNIQUES DE MESURE OU/ET DE VISUALISATION PERFECTIONNEES. LE CHAMP DYNAMIQUE A ETE VISUALISE PAR TOMOGRAPHIE LASER A L'AIDE D'UNE CAMERA RAPIDE ET MESURE PAR ANEMOMETRIE FIL CHAUD. LE CHAMP THERMIQUE A ETE CARTOGRAPHIE PAR INTERFEROMETRIE HOLOGRAPHIQUE EN TEMPS REEL ET LES CONDITIONS AUX LIMITES ONT ETE MESUREES PAR THERMOCOUPLES. TROIS CONFIGURATIONS GEOMETRIQUES DE CONFINEMENT ONT ETE PRINCIPALEMENT ETUDIEES (H/E = 2, 4 ET 8) ET CE POUR UNE PLAGE DE NOMBRE DE REYNOLDS, BASE SUR L'EPAISSEUR DE LA FENTE (E), CORRESPONDANT A UN REGIME LAMINAIRE (RE I

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.

Ce travail s’inscrit dans le contexte expérimental et numérique de l’étude des échanges superficiels couplés à la surface d’une paroi plane. Nous nous intéressons ici plus particulièrement au cas où la surface plane est une des faces d’une lame d’air ventilée et différentiellement chauffée, l’objectif étant de mesurer et séparer les influences respectives des transferts convectifs et radiatifs. La solution expérimentale proposée pour traiter ce problème repose sur l’utilisation d’une instrumentation fluxmétrique élaborée dans notre laboratoire, il y a plusieurs années. Notre objectif est d’étendre le domaine d’application de ces capteurs. Après avoir rapidement présenté différentes méthodes expérimentales existantes avec leurs avantages et inconvénients, l’instrumentation utilisée dans notre travail est décrite en détails ainsi que le contexte expérimental qui est le support de nos études. Il s’agit ici du cas d’un écoulement d’air, pleinement développé, dans un canal horizontal de section rectangulaire. Les travaux portent sur les échanges à la surface d’une plaque plane horizontale et isotherme. Différentes situations sont étudiées afin de mettre en évidence la possibilité de séparer les composantes radiatives et convectives du flux et de montrer comment des mesures locales permettent d’obtenir une cartographie des échanges, ceci même en présence d’obstacles perturbateurs de l’écoulement. Un outil de simulation numérique (FLUENT) est utilisé pour mettre en place une double démarche d’expérimentation et de modélisation. Ces deux approches, en parallèle, permettent de conforter les résultats expérimentaux dans les cas où la modélisation est relativement « simple » à mettre en oeuvre. Il est également possible d’obtenir expérimentalement des renseignements très utiles à l’élaboration de simulations numériques dans des cas plus complexes. Dans les différentes configurations présentées, les résultats expérimentaux sont le plus souvent en excellent accord avec ceux des simulations numériques ou ceux qui sont disponibles dans la littérature. La dernière partie du mémoire est une présentation d’études menées dans le cadre d’un Benchmark inter-laboratoires sur le problème de la convection naturelle dans un canal vertical différentiellement chauffé. Les outils et hypothèses de simulations numériques ainsi que leurs résultats sont présentés et commentés. Les premières expérimentations sont décrites et semblent dans le contexte particulier de la convection naturelle fournir des données intéressantes pour de futures explorations.