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

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.

Ce travail porte sur la modelisation et la simulation numerique du controle de l'ecoulement et du transfert de chaleur autour d'un cylindre a base carree. Deux techniques de controle ont ete envisagees: la premiere consiste a utiliser une couche poreuse placee sur l'obstacle dont le but d'etudier l'effet de la permeabilite et de l'epaisseur de la couche poreuse sur les coefficients globaux de l'ecoulement. Les resultats se rapportant a cette partie ont montre que l'emplacement de la couche poreuse juste derriere l'obstacle permet de mieux regulariser l'ecoulement autour de l'obstacle et de le mettre dans une position plus stable. La deuxieme technique consiste a ajouter des nanoparticules de cuivre dans le fluide de base (eau) afin d'etudier son effet sur la structure globale d'ecoulement et sur le transfert de chaleur. Une correlation permettant de relier le nombre de Reynolds critique, definissant la transition entre ecoulements stationnaire et periodique, avec la fraction volumique est obtenue. On montre dans cette partie comment se modifie l'ecoulement selon la valeur de la concentration et des correlations permettant d'evaluer le flux de chaleur transfere sont obtenues."

LES DEUX PRINCIPALES CONFIGURATIONS DE REFROIDISSEMENT PAR IMPACT DE JETS CYLINDRIQUES, UTILISEES CHEZ SNECMA POUR REFROIDIR RESPECTIVEMENT LE CARTER ET LES AUBES DE LA TURBINE, ONT ETE MODELISEES EXPERIMENTALEMENT : (1) LA CONFIGURATION DITE COLLIERS A DOUCHE COMPREND DEUX RAMPES D'INJECTION PARALLELES ENTRE ELLES ET DISPOSEES PARALLELEMENT A LA PAROI D'IMPACT PLANE. APRES IMPACT, LE FLUIDE EST LIBRE DE S'EVACUER DANS TOUTES LES DIRECTIONS. (2) LA CONFIGURATION CONFINEE EST UN CANAL PLAN DONT L'UNE DES PAROIS EST PERCEE D'ORIFICES D'INJECTION. APRES IMPACT, L'AIR INJECTE S'EVACUE UNILATERALEMENT. DEUX TYPES DE CONDITIONS AMONT SONT ENVISAGEABLES : AVEC ET SANS ECOULEMENT CISAILLANT INITIAL. LES DEUX DISPOSITIFS EXPERIMENTAUX ONT ETE CONCUS DE MANIERE A POUVOIR FAIRE VARIER LES PRINCIPAUX PARAMETRES GEOMETRIQUES ET AERODYNAMIQUES GOUVERNANT LES TRANSFERTS CONVECTIFS A LA PAROI D'IMPACT : ECARTEMENT ENTRE LES PAROIS D'INJECTION ET D'IMPACT, PAS ENTRE LES ORIFICES D'INJECTION, ESPACEMENT ENTRE LES RANGEES D'ORIFICES D'INJECTION, VITESSE DE L'ECOULEMENT D'INJECTION ET (CONFIGURATION CONFINEE) RAPPORT ENTRE LA VITESSE DE L'ECOULEMENT CISAILLANT INITIAL ET LA VITESSE DE L'ECOULEMENT D'INJECTION. UNE METHODE DE DETERMINATION DES ECHANGES THERMIQUES A LA PAROI D'IMPACT A ETE MISE AU POINT ET VALIDEE NUMERIQUEMENT. LA PAROI ELLE-MEME EST DE TYPE FLUXMETRIQUE ET LA MESURE DES TEMPERATURES SURFACIQUES EST REALISEE PAR THERMOGRAPHIE INFRAROUGE. LA DETERMINATION DES COEFFICIENTS LOCAUX ET MOYENS DE L'ECHANGE CONVECTIF PARIETAL A PERMIS DE PRECISER L'INFLUENCE DES DIFFERENTS PARAMETRES D'ETUDE. CETTE ETUDE A ETE COMPLETEE PAR UNE PREMIERE EVALUATION DES POSSIBILITES DU CODE MATHILDA, DEVELOPPE PAR L'ONERA, POUR CALCULER LES ECOULEMENTS