"Les jets impactant une surface sont souvent utilisés pour augementer le transfert de chaleur de celle-ci. Cette technique est employée pour réduire la température des aubes dans une turbine à gaz. Ceci permet à la turbine d'opérer à une plus haute efficacité. La plupart des études sur les jets impactants font référence à une surface plane. Par contre, lorsqu'un jet impacte l'intérieur d'une aube de turbine à gaz, cette surface est concave. Des études ont montré que pour une certaine gamme du nombre de Reynolds, un jet injecté dans une cavité peut entrer dans un mouvement oscillatoire. Ce phénomène s'appelle battement du jet. Le but de cette étude est d'étudier certaines caractéristiques du comportement d'un jet impactant une cavité concave telles que les champs de vitesse, les coefficients de pression et le nombre de Nusselt à la paroi. Ceci a été accompli à l'aide de simulations numériques utilisant différentement géométries, fluides et valeur du nombre de Reynolds. Les fluides utilisés sont l'air, l'eau et un nanofluide (composé d'eau avec une concentration de 6% d'Al2O3)." --Sommaire.

"Les jets impactant une surface sont souvent utilisés pour augementer le transfert de chaleur de celle-ci. Cette technique est employée pour réduire la température des aubes dans une turbine à gaz. Ceci permet à la turbine d'opérer à une plus haute efficacité. La plupart des études sur les jets impactants font référence à une surface plane. Par contre, lorsqu'un jet impacte l'intérieur d'une aube de turbine à gaz, cette surface est concave. Des études ont montré que pour une certaine gamme du nombre de Reynolds, un jet injecté dans une cavité peut entrer dans un mouvement oscillatoire. Ce phénomène s'appelle battement du jet. Le but de cette étude est d'étudier certaines caractéristiques du comportement d'un jet impactant une cavité concave telles que les champs de vitesse, les coefficients de pression et le nombre de Nusselt à la paroi. Ceci a été accompli à l'aide de simulations numériques utilisant différentement géométries, fluides et valeur du nombre de Reynolds. Les fluides utilisés sont l'air, l'eau et unnanofluide (composé d'eau avec une concentration de 6% d'Al2O3)." --Sommaire.

"Cette étude a donc pour but de poursuivre l'enquête de l'aérodynamique oscillatoire des jets impactant des parois courbes, mais pour un régime d'écoulement transitoire, turbulent, tridimentionnel. Les nombres de Reynolds utilisés dans l'étude numérique, basés sur le diamètre du jet linéaire observé, sont de Red = 3333 et 6667, considérés comme étant en transition vers la turbulence. Dans cette étude, un montage numérique est construit. Le maillage, le schéma numérique, les conditions frontière et la discrétisation sont discutés et choisis. Les résultats sont ensuite validésavec des données turbulentes expérimentales."--Sommaire.

L'impact de jets est largement utilisé aujourd'hui dans l'industrie car ils génèrent d'importants transferts de chaleur et/ou de masse. Pour le refroidissement de la surface interne d'une aube de turbine, dans la région à mi-corde, la courbure est si faible que l'on peut, en première approximation, considérer que les jets frappent une paroi plane. Cette hypothèse n'est plus vraie au bord d'attaque où les jets viennent frapper une plaque courbe concave. Malheureusement très peu d'études concernent l'impact de jets sur des parois courbes (une quinzaine au plus, en 30 ans). Pour aborder cette problématique nous avons entrepris, dans ce travail, l'étude aérothermique d'impact d’un jet plan sur une paroi concave. Les résultats indiquent pour certaines configurations qu'il existe un phénomène instationnaire instable : un battement du jet qui se caractérise par une légère oscillation du jet autour de trois positions semi-stables. Cet écoulement est analysé à partir des champs moyens de vitesse et des valeurs turbulentes obtenues par Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV). Les transferts de chaleur sur la paroi d'impact sont déterminés à partir des mesures de température par thermographie infrarouge. Ce battement du jet entraîne une modification très importante de la structure de l'écoulement et du transfert de chaleur qui sont très différents de ceux observés, dans la littérature, pour le cas d'un impact de jet classique. Dans l'optique d'utiliser ce type de phénomène pour l'optimisation du refroidissement d’une paroi concave, nous nous sommes intéressés à l'influence des conditions aux limites (tabs en entrée ou obturateur en sortie) et des principaux paramètres géométriques et dynamiques (hauteur d’impact, nombre de Reynolds,...).

Cette étude expérimentale concerne l'écoulement et les caractéristiques de jets (plan et axisymétrique) impactant une surface concave. Celle-ci s'appuie principalement sur des visualisations par tomographie LASER, des mesures de pression pariétale et des mesures de vitesse par vélocimétrie par imagerie de particules qui nous a permis d'obtenir des champs de vitesse instantanée. Les influences de différents paramètres géométriques et aérodynamique sur cet écoulement sont ainsi analysées. Dans le cas d'un jet plan impactant une surface concave, les résultats mettent en évidence la forte influence de la courbure relative sur la structure de l'écoulement. Dans le cas d'une faible courbure relative, la présence d'un battement du jet est observée et se caractérise par une légère oscillation du jet autour de plusieurs états stables. Ce phénomène est confirmé par une analyse basée sur une décomposition en modes propres et une analyse temporelle de signaux obtenus au moyen de fils chauds.

L'étude des jets impactants a fait l'objet d'une multitude de travaux depuis plusieurs dizaines d'années en raison de la variété des domaines d'applications. Il existe une grande diversité de jets tels que les jets axisymétriques et les jets bidimensionnels pour les plus classiques ou tels que les jets à géométrie lobée, c'est à dire des jets axisymétriques sur lesquels il a été appliqué un contrôle passif, pour les plus complexes. Dans nos travaux, nous avons réalisé une étude fondamentale des jets plans confinés pour une gamme de faibles nombres de Reynolds. Nous avons étudié la stabilité des jets d'un fort confinement à un faible confinement. Nous avons ainsi pu établir une multitude d'interaction entre les modes de jets instationnaires et les modes de cavités. L'utilisation d'un outil de mesure permettant un suivi temporel des écoulements nous a permis d'extraire ces différents modes globaux. Dans le cadre d'études visant à optimiser les transferts thermiques sur la paroi impactée par le jet, nous avons réalisé plusieurs études sur l'influence des jets à géométrie lobée (contrôle passif) sur la dynamique en amont de la paroi d'impact et sur les transferts thermiques de la paroi impactée. Une première étude fondamentale avait pour objectif de mettre en lumière les mécanismes en jeu dans la dynamique des jets et de mieux comprendre le lien entre les transferts thermiques et l'écoulement proche paroi. Nous avons été en mesure d'extraire les modes globaux de certains mécanismes et de montrer les capacités de transferts thermiques de plusieurs buses lobées face à ceux d'une buse axisymétrique. Deux études paramétriques des buses à géométrie lobée nous ont permis d'évaluer dans un premier temps, les effets des nombres de lobes et un second temps les effets de la forme des lobes sur les transferts thermiques. Ces études ont été menées à la fois sur les distances d'impact et sur les nombres de Reynolds. Nous avons ainsi pu émettre des hypothèses sur les mécanismes à l'origine de l'amélioration des transferts thermiques.