L'amelioration des transferts thermiques par voies passives constitue un enjeu economique majeur. En effet, l'absence d'objets mobiles permet un entretient moins couteux et ne necessite aucun apport d'energie supplementaire. Cet ouvrage tente a tester une methode passive basee sur les dispositions relatives des objets chauffants afin d'ameliorer la regeneration d'air et permettre ainsi une amelioration de l'efficacite de refroidissement. L'etude se devise en deux parties. La premiere est traitee numeriquement et s'interesse au transfert de chaleur par convection forcee dans un canal en presence d'obstacles chauffants, simulant des composants electroniques avec differentes dispositions. Quant a la seconde, elle est experimentale, et traite le transfert de chaleur par convection naturelle autour d'obstacles attaches a une paroi avec differents angles d'inclinaison."

L’étude menée concerne l'influence d'un obstacle bidimensionnel sur le transfert thermique convectif en convection naturelle sur une plaque plane verticale. Une étude bibliographique présente tout d'abord les phénomènes physiques sur une plaque plane verticale. On présente également des travaux antérieurs concernant l'influence d'un obstacle sur le transfert convectif. La partie expérimentale de ce travail a tout d'abord été axée sur la validation du banc d'essais en configuration plaque plane verticale ainsi que de la démarche expérimentale. Pour calculer la distribution du coefficient d'échange local à partir de la mesure de la distribution de la température de surface, nous avons développé une méthode d'identification permettant de résoudre certains problèmes liés à l'utilisation de la thermographie infrarouge. Cette étude numérique a été validée sur des cas test ainsi que sur des cas expérimentaux. Finalement, nous présentons des distributions locales du coefficient d'échange convectif dans le cas d'une plaque plane verticale en présence d'un obstacle. Nous présentons également l'influence de certains paramètres sur ces distributions locales. En outre, des visualisations d'écoulements ont permis de faire un parallèle entre les distributions du coefficient d'échange et la dynamique autour de l'obstacle. De cette étude locale, nous en avons déduit l'influence de l'obstacle sur les performances convectives globales. Dans toutes les configurations que nous avons testées, nous avons obtenu des diminutions de l'ordre de 20% de l'échange convectif comparativement au cas de la plaque plane.

Cette étude porte sur l'amélioration du transfert convectif sur plaque plane par ajout d'éléments perturbateurs. L'objectif final de cet axe de recherche est de pouvoir conclure quant à l'utilisation d'obstacles décollés de la paroi en terme d'alternative fiable pour l'amélioration du transfert convectif sur plaque plane. Dans ce cadre, cette thèse constitue une première étape. Elle est consacrée à l'étude des phénomènes de transfert thermique autour d'un obstacle unique et bidimensionnel. Une étude bibliographique a permis de mettre en exergue la pertinence et l'intérêt de la présente étude. En effet, relativement peu d'études ont été consacrées à l'utilisation d'obstacles décollés de la paroi, ainsi qu'à la dynamique autour des obstacles. Une étude expérimentale est menée afin de caractériser l'influence des paramètres géométriques sur le transfert thermique et la dynamique autour de l'obstacle. La répartition du coefficient d'échange est obtenue par thermographie infrarouge, l'obstacle étant choisi dans un matériau semi-transparent aux rayonnements infrarouges (znse) pour obtenir le maximum d'information, même sous l'obstacle. Les mesures dynamiques sont effectuées à l'aide d'un fil chaud et d'une technique de PIV. L'interaction entre les structures de l'écoulement et le transfert thermique est mise en évidence. Par ailleurs, une étude numérique est effectuée dans le but de tester l'efficacité d'un code de calculs industriels quant à la prédiction des phénomènes convectifs sur plaque plane en présence d'un obstacle. Ainsi, l'étude expérimentale permet également de recueillir des données dans le but de les comparer avec les résultats issus du code de calculs, afin de conclure sur sa bonne utilisation quant à la prédiction des phénomènes de transfert pour ce type de configurations d'obstacles.

L'AUTEUR ETUDIE LE TRANSFERT DE CHALEUR DANS UN ECOULEMENT LAMINAIRE, PERMANENT ET BIDIMENSIONNEL. LE CARACTERE PERIODIQUE DE L'ECOULEMENT PERMET, POUR SON ETUDE DANS SA ZONE CENTRALE, DE RESTREINDRE LE DOMAINE ETUDIE A UN MODULE DE LONGUEUR EGALE A UNE LONGUEUR D'ONDE DES PAROIS, SITUE LOIN DES EXTREMITES DU CANAL. CETTE PARTICULARITE IMPOSE DES CONDITIONS PERIODIQUES POUR LA VITESSE ET LA TEMPERATURE A L'ENTREE ET A LA SORTIE DU MODULE. LA CONFIGURATION GEOMETRIQUE DES PAROIS REND NECESSAIRE L'UTILISATION D'UNE TRANSFORMATION DE COORDONNEES POUR RAMENER LE DOMAINE PHYSIQUE A UN DOMAINE DE CALCUL RECTANGULAIRE FACILITANT AINSI LA FORMULATION DES CONDITIONS AUX LIMITES. L'ELABORATION DES EQUATIONS ALGEBRIQUES APPROXIMANT LE PROBLEME ETUDIE FAIT APPEL A L'INTEGRATION DES EQUATIONS DIFFERENTIELLES DE BASE SUIVANT LES FACES D'UN VOLUME ELEMENTAIRE DU FLUIDE. LEUR DISCRETISATION UTILISE LA LOI PUISSANCE PROPOSEE PAR S. V. PATANKAR ET DES DIFFERENCES FINIES CENTREES. LE PROGRAMME INFORMATIQUE ELABORE PAR L'AUTEUR CALCULE LES DISTRIBUTIONS DE LA VITESSE ET DE LA COMPOSANTE PERIODIQUE DE LA TEMPERATURE, LE COEFFICIENT DE TRANSFERT THERMIQUE ET LE NOMBRE DE NUSSELT LOCAUX DES PAROIS ET, LE NOMBRE DE NUSSELT MOYEN DE LA REGION CENTRALE DU CANAL. LES CALCULS SONT REALISES POUR L'EAU ET L'AIR, POUR DIFFERENTES VALEURS DES PARAMETRES GEOMETRIQUES DU CANAL ET DU NOMBRE DE REYNOLDS DE L'ECOULEMENT

CE TRAVAIL A POUR OBJET L'ANALYSE DU COUPLAGE CONDUCTION-CONVECTION FORCEE EN REGIME THERMIQUE VARIABLE, DANS LE CAS D'UN ECOULEMENT FLUIDE ENTRE PLAQUES PARALLELES EPAISSES. IL S'AGIT DE PRECISER LA FONCTION DE TRANSFERT OBTENUE POUR UNE EXCITATION PERIODIQUE IMPOSEE A L'ENTREE DU FLUIDE. L'ETUDE COMPREND TROIS PARTIES: LA PREMIERE EST CONSACREE A L'ANALYSE THEORIQUE DANS LE CAS D'UN ECOULEMENT LAMINAIRE A PLAN DIRECTEUR. LE COUPLAGE EST TRAITE EN ECRIVANT L'EGALITE DES FLUX ET DES TEMPERATURES A L'INTERFACE (CONDITION LIMITE DITE DE TYPE 4). UNE SOLUTION ANALYTIQUE A ETE DEVELOPPEE MOYENNANT L'HYPOTHESE D'UN PROFIL DE VITESSE UNIFORME (SLUG FLOW). CE PROBLEME EST EGALEMENT RESOLU A L'AIDE DU MODELE QUASI-STATIONNAIRE, LE COUPLAGE A L'INTERFACE EST ALORS ASSURE EN INTRODUISANT LA NOTION DE COEFFICIENT DE CONVECTION. LA DEUXIEME PARTIE CONCERNE LA SIMULATION NUMERIQUE D'UN ECOULEMENT FLUIDE EN REGIME LAMINAIRE ENTRE DEUX PLAQUES PARALLELES. LE CHAMP DYNAMIQUE EST CONSIDERE ETABLI PARABOLIQUE. LA REPONSE THERMIQUE EST ETUDIEE EN FONCTION DES DIFFERENTS PARAMETRES DU PROBLEME, TELS QUE LA FREQUENCE DU SIGNAL D'ENTREE ET LES CARACTERISTIQUES THERMOPHYSIQUES DU FLUIDE ET DU SOLIDE. LE MODELE NUMERIQUE UTILISANT UNE FORMULATION EXPLICITE AUX DIFFERENCES FINIES EST VALIDE PAR RAPPORT A LA SOLUTION EXACTE DEVELOPPEE DANS LA PREMIERE PARTIE. EN REGIME TURBULENT, DES PROFILS CLASSIQUES DE DISTRIBUTION DE VITESSE ET DE VISCOSITE SONT UTILISES DANS UN MODELE PSEUDO-LAMINAIRE. LES RESULTATS SONT ALORS COMPARES A CEUX OBTENUS SIMPLEMENT PAR L'UTILISATION DU NOMBRE DE NUSSELT. LA TROISIEME PARTIE EST RELATIVE A L'ETUDE EXPERIMENTALE D'UN ECOULEMENT D'EAU DANS UN CANAL RECTANGULAIRE DE SECTION 300 X 20 MM#2 ET DE LONGUEUR 3 M. LES PAROIS SONT EN ACIER INOXYDABLE DE 5 MM D'EPAISSEUR. LE FLUIDE ABORDE LE CANAL AINSI DEFINI AVEC UNE TEMPERATURE D'ENTREE EVOLUANT SELON UNE LOI TEMPORELLE PERIODIQUE. ON S'INTERESSE A LA DISTRIBUTION DE TEMPERATURE LONGITUDINALE DANS L'AXE DU CANAL ET A LA PAROI. EN PRATIQUE, NOUS DISPOSONS DE DEUX PARAMETRES, A SAVOIR LE NOMBRE DE REYNOLDS ET LA FREQUENCE DU SIGNAL D'ENTREE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX SONT CONFRONTES AUX MODELES PRECEDENTS

ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DES TRANSFERTS D'IMPULSION ET DE CHALEUR EN REGIME LAMINAIRE TRANSITOIRE DANS UN CYLINDRE VERTICAL PARTIELLEMENT REMPLI D'UN FLUIDE NEWTONIEN. ON EXAMINE LE CAS OU LES PAROIS DU CYLINDRE SONT A UNE TEMPERATURE CONSTANTE ET CELUI OU ELLES SONT TRAVERSEES PAR DES FLUX DE CHALEUR DE DENSITE CONSTANTE. ON INTRODUIT DANS LES EQUATIONS LA FONCTION DE COURANT ET LE ROTATIONNEL DE LA VITESSE ET ON CALCULE LES CHAMPS DE VITESSE ET DE TEMPERATURE PAR UNE METHODE AUX DIFFERENCES-FINIES EXPLICITES ASSOCIEE A UNE ETUDE DE STABILITE. DE NOMBREUX ECOULEMENTS SECONDAIRES ACCOMPAGNANT L'ECOULEMENT PRINCIPAL SONT MIS EN EVIDENCE

CE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE STATIONNAIRE ET TRANSITOIRE D'UN ECOULEMENT LAMINAIRE DE CONVECTION NATURELLE LE LONG D'UNE SURFACE PLANE VERTICALE CHAUFFEE A TEMPERATURE OU A FLUX IMPOSE. NOUS AVONS ETUDIE, PAR METHODE DIFFERENTIELLE, LE COMPORTEMENT D'UN FLUIDE APRES UN ECHELON POSITIF (ECHAUFFEMENT) ET/OU NEGATIF DE FLUX (RELAXATION). APRES UN ECHAUFFEMENT NOUS AVONS OBSERVE QUE LES CHAMPS DE TEMPERATURE ET DE VITESSE SUBISSENT UN DEPASSEMENT DE LA VALEUR STATIONNAIRE, PENDANT UN COURT INSTANT. DANS LE CAS D'UNE RELAXATION LES EPAISSEURS DE COUCHES LIMITES DYNAMIQUE ET THERMIQUE NE DIMINUENT PAS A MESURE QUE LE TEMPS CROIT MAIS RESTENT CONSTANTES AVANT DE S'EVANOUIR. NOUS AVONS AUSSI MONTRE QUE LE TRANSFERT DE CHALEUR EST OPTIMUM LORSQUE LE FLUIDE, INITIALEMENT AU REPOS, EST SOUMIS A DES CRENEAUX CONSECUTIFS DE FLUX DU TYPE SUR-ECHAUFFEMENT SUIVI D'UN SOUS-ECHAUFFEMENT. LES FREQUENCES DE CHAUFFAGE ET DE RELAXATION DOIVENT ALORS ETRE CHOISIES DE FACON A CE QUE L'ECOULEMENT RESTE TOUJOURS CONDUCTIF. NOUS AVONS ENSUITE RESOLU LES DIFFERENTS SYSTEMES D'EQUATIONS GRACE A LA METHODE INTEGRALE DE KARMAN-POHLHAUSEN, LES PROFILS DE VITESSE ET DE TEMPERATURE ETANT APPROCHE PAR DES POLYNOMES D'ORDRE 4. NOUS AVONS MONTRE QUE LE RAPPORT DES EPAISSEURS DES COUCHES LIMITES THERMIQUE ET DYNAMIQUE NE DEPEND QUE DU FLUIDE CONSIDERE AUSSI BIEN EN REGIME STATIONNAIRE, QUE TRANSITOIRE. NOUS AVONS AUSSI MONTRE QUE LES EVOLUTIONS TEMPORELLES DU DEBIT DE FLUIDE DEPLACE ET DU COEFFICIENT D'ECHANGE SE SCINDENT EN DEUX CLASSES CORRESPONDANT AUX GAZ ET AUX LIQUIDES. ENFIN NOUS AVONS VISUALISE PAR TOMOGRAPHIE LASER UN ECOULEMENT D'EAU LE LONG D'UNE PAROI VERTICALE, ET GRACE A UN APPAREIL PHOTOGRAPHIQUE NUMERIQUE NOUS AVONS DONNE DIFFERENTES VUES DE L'EPAISSEUR DE LA COUCHE LIMITE DYNAMIQUE DEPUIS L'INSTANT OU ELLE SE CREE JUSQU'A CE QU'ELLE ATTEIGNE SON REGIME ETABLI.