Ce travail de recherche traite les phénomènes convectifs en régime transitoire et plus particulièrement l’identification du coefficient d’échange convectif sur une plaque plane chauffée et placée dans un canal rectangulaire. Nous avons élaboré deux modèles analytiques : Le premier modèle est fondé sur la résolution de l’équation de propagation de la chaleur dans une plaque par la méthode des fonctions de Green, permettant de déduire de façon rigoureuse l’évolution du flux pariétal pénétrant dans le fluide, puis le coefficient d’échange convectif. Nous constatons que ce coefficient prend des valeurs très importantes au voisinage de puis décroît et tend vers une valeur limite constante en régime permanent proche des valeurs obtenues à partir des corrélations issues de la littérature. Le deuxième modèle, concerne quand à lui la résolution de l’équation de l’énergie dans le fluide dans le cas d’un flux de chaleur appliqué à l’interface solide-fluide en utilisant également la méthode des fonctions de Green. Cette démarche originale permet, connaissant le profil de vitesse dans la couche limite dynamique, de déterminer le profil de température dans tout le fluide et ainsi les températures et la couche limite thermique. Un banc d’essais expérimental a permis d’identifier les conditions limites nécessaires pour les deux modèles analytiques. Dans ce banc d’essais la plaque plane est exposée sur sa face inférieure à un créneau de flux transmis par conduction et pénétrant dans le fluide par la face supérieure sans perturber l’écoulement. Une Caméra Infrarouge installée en regard de la plaque permet d’enregistrer le profil de température sur cette face. Aucun système de mesure de flux n’est installé sur la face supérieure de la plaque ce qui évite de modifier les couches limites thermique et dynamique

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 EST UNE CONTRIBUTION A L'ETUDE DE LA CONVECTION LAMINAIRE FORCEE AU COURS D'UN REGIME INSTATIONNAIRE PROVOQUE PAR UNE VARIATION BRUSQUE DES CONDITIONS THERMIQUES A LA PAROI. LA PREMIERE PARTIE DE CE MEMOIRE EST A CARACTERE FONDAMENTAL. PAR EXTENSION DE LA METHODE DIFFERENTIELLE AU PROBLEME DE COUCHE LIMITE LAMINAIRE EN REGIME TRANSITOIRE, NOUS AVONS TRAITE LE CAS D'UN ECHELON POSITIF (ECHAUFFEMENT) ET D'UN ECHELON NEGATIF (RELAXATION) SUR LA TEMPERATURE OU SUR LE FLUX PARIETAL. LORSQUE L'ECHELON EST POSITIF, LE COEFFICIENT DE CONVECTION PREND DES VALEURS INFINIES AUX PREMIERS INSTANTS. IL TEND ENSUITE ASYMPTOTIQUEMENT VERS DES VALEURS CONSTANTES CARACTERISANT LE REGIME PERMANENT RELATIF A CHACUN DES NOMBRES DE PRANDTL ETUDIES (PR = 0,1 ; 0,71 ET 10). POUR UN NOMBRE DE PRANDTL DONNE, LE REGIME TRANSITOIRE DURE PLUS LONGTEMPS POUR UN ECHELON SUR $ P QUE POUR UN ECHELON SUR T P. DE PLUS, LA DUREE DU REGIME INSTATIONNAIRE EST D'AUTANT PLUS GRANDE QUE LE NOMBRE PR EST ELEVE PUISQUE LA COUCHE LIMITE THERMIQUE EST DE PLUS EN PLUS MINCE. PAR AILLEURS, LA DUREE DE L'ECHAUFFEMENT EST EGALE A CELLE DE LA RELAXATION. CETTE ETUDE NOUS A PERMIS, ENTRE AUTRE, DE DEGAGER UNE LOI D'EVOLUTION EXPONENTIELLE DU COEFFICIENT DE CONVECTION LORSQU'UN CRENEAU DE FLUX SE SUPERPOSE A UN ECHAUFFEMENT INITIAL PERMANENT. LA SECONDE PARTIE PORTE SUR LA MESURE DES COEFFICIENTS D'ECHANGE PAR METHODE PHOTOTHERMIQUE IMPULSIONNELLE. DEUX MODELISATIONS SONT CONSIDEREES : LA PREMIERE EST BASEE SUR UN COEFFICIENT D'ECHANGE H CONSTANT PENDANT L'EXPERIENCE IMPULSIONNELLE, ET LA DEUXIEME LE SUPPOSE VARIABLE SELON LA LOI ETABLIE PAR L'ETUDE THEORIQUE DE LA COUCHE LIMITE. LES RESULTATS SONT COMPARES AUX MESURES EFFECTUEES PAR UN FLUXMETRE A COUCHE MINCE. ON MONTRE QU'A LA SUITE D'UNE EXCITATION DIRAC, H PEUT ETRE CONSIDERE COMME CONSTANT. CEPENDANT, POUR UN CRENEAU DE FLUX, L'ECART ENTRE LE MODELE A H CONSTANT ET LA MESURE FLUXMETRIQUE EST D'AUTANT PLUS GRAND QUE LA DUREE DU CRENEAU EST ELEVEE ET / OU QUE LA VITESSE DE L'AIR SOUFFLE EST FAIBLE. LE MODELE A H VARIABLE DONNE TOUJOURS DES VALEURS PLUS PROCHES DE LA MESURE FLUXMETRIQUE.

Les transferts de chaleur par convection naturelle, rayonnement et conduction à travers les parois métalliques simples et doubles fortement chauffées se rencontrent fréquemment dans les dispositifs de chauffage ou de récupération de chaleur domestiques et industriels, mais n'ont jamais fait l'objet de recherches spécifiques. Une étude théorique approfondie de ces couplages est présentée à partir d'une recherche bibliographique très large, en particulier sur la transition turbulente. Un dispositif expérimental permet d'appliquer un flux de chaleur uniforme élevé régulé sur une face d'une double paroi en acier noir épais de largeur réglable. Les équations elliptiques de transfert radiatif et de transport conducto-convectives turbulentes sont résolues au moyen du code fluent. Le fonctionnement de la double paroi est mis en évidence, et une nouvelle corrélation globale du flux de chaleur interne d'une double paroi rayonnante est établie, ainsi qu'un critère d'optimisation. Une méthode thermoanémométrique corrélative et spectrale est développée au moyen d'une sonde unique en quartz à double microthermocouple. Les champs moyens et fluctuants de température et de vitesse, les densités de flux convectifs et radiatifs, ainsi que la structure turbulente des couches limites thermiques sont ainsi déterminés expérimentalement, particulièrement en régime de transition. La méthode thermoanémométrique et le bilan thermique complet sont valides sur une plaque plane verticale conductrice et rayonnante. Il apparaît que le nombre de Grashof critique diminue fortement lorsque la densité du flux augmente, même si le rayonnement domine.

ON PROPOSE UNE SOLUTION EXACTE SEMI-ANALYTIQUE, SOUS FORME DE SERIES DE FONCTIONS UNIVERSELLES, AUX EQUATIONS DES COUCHES LIMITES HYDRODYNAMIQUE ET THERMIQUE AU-DESSUS D'UNE PAROI SINUSOIDALE. CES FONCTIONS DEPENDENT SEULEMENT DE DEUX PARAMETRES: L'UN CARACTERISTIQUE DE LA VITESSE DU FLUIDE A L'EXTERIEUR DE LA COUCHE LIMITE; L'AUTRE CARACTERISTIQUE DU PROFIL DE LA PAROI