AFIN DE PREDIRE LES ECOULEMENTS TURBULENTS AVEC TRANSFERTS THERMIQUES, ON A ELABORE ET ETUDIE DES MODELES DU DEUXIEME ORDRE. POUR LA CONSTRUCTION DE CES MODELES, ON A UTILISE LES EQUATIONS DE TRANSPORT DES ECHELLES CARACTERISTIQUES DE LA TURBULENCE. UNE ANALYSE D'ORDRE DE GRANDEUR DE TOUS LES TERMES, DE CES EQUATIONS, EST FAITE EN UTILISANT L'HYPOTHESE DE GRANDS NOMBRES DE REYNOLDS ET PECLET. LE MODELE A DEUX EQUATIONS (-) EST EMPLOYE POUR L'HYDRODYNAMIQUE. POUR LA THERMIQUE, DEUX MODELES SONT DEVELOPPES: PRT+TETA2 ET MODELE COMPLET. LE PREMIER UTILISE LA DIFFUSIVITE THERMIQUE TURBULENTE CALCULEE A PARTIR D'UN NOMBRE DE PRANDTS TURBULENT ET UNE EQUATION POUR LA VARIANCE DE LA FLUCTUATION DE TEMPERATURE. LE DEUXIEME EST FORME DE TROIS EQUATIONS: FLUX DE CHALEUR TURBULENT, VARIANCE DE LA FLUCTUATION DE TEMPERATURE ET SON TAUX DE DISSIPATION. CES MODELES ONT ETE VALIDES SUR QUATRE EXPERIENCES, QUI FONT INTERVENIR PROGRESSIVEMENT TOUS LES TERMES DES EQUATIONS: ECOULEMENT D'AIR EN AVAL D'UNE GRILLE (TEMPERATURE MOYENNE CONSTANTE); ECOULEMENT D'AIR EN AVAL D'UNE GRILLE AVEC GRADIENT DE TEMPERATURE; JET AXISYMETRIQUE D'AIR FAIBLEMENT ET FORTEMENT CHAUFFE; MELANGE (FROID-CHAUD) DE DEUX JETS COAXIAUX DE SODIUM A GRAND NOMBRE DE PECLET. LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT QUE LE MODELE COMPLET FOURNIT DES MEILLEURS ACCORDS CALCULS-MESURES, ET PERMET DE TRAVAILLER D'UNE FACON PLUS GENERALE.

Dans de nombreux dispositifs industriels comme les conduites de refroidissement des moteurs de fusées, un écoulement turbulent est en contact avec une paroi solide chaude.L'instabilité due aux courbures ajoutée au confinement créent des courants orthogonaux au flux principal d'une intensité pouvant aller jusqu'à 20% de celui-ci. Pour comprendre les interactions entre ces courants secondaires et les transferts thermiques, des résultats de simulations numériques des grandes échelles sont obtenus dans des conduites pouvant présenter des courbures et des parois chauffées. Un écoulement pleinement développé est injecté à l'entrée du domaine par la simulation synchrone d'une conduite périodique. Un modèle de viscosité turbulente a été implanté dans le code de calcul et aucune loi de paroi n'est utilisée. Une température supérieure est d'abord appliquée sur une des quatre parois d'une conduite carrée rectiligne pour une validation du code de calcul. Les mécanismes d'éjections de fluide chaud de la paroi chauffée vers le coeur de la conduite sont bien représentés et on peut observer le développement progressif de la couche limite thermique. L'évolution spatiale de l'écoulement a ensuite permis d'appliquer un flux constant.Une conduite de section rectangulaire en forme de S a ensuite été simulée. A chaque courbure, apparaît un fort flux secondaire inhérent au gradient de pression normal aux parois courbes. Ceci implique la naissance d'une paire de tourbillons longitudinaux contra-rotatifs de type "Dean" ou "Ekman" évoluant au voisinage de la paroi convexe.L'interaction entre ces courants secondaires et le mélange turbulent est étudiée suivant les modes de chauffage.

LE TRAVAIL PRESENTE PORTE SUR LA MODELISATION NUMERIQUE LOCALE DES ECOULEMENTS TURBULENTS DE CONVECTION MIXTE EN MILIEU CONFINE. L'OUTIL NUMERIQUE EMPLOYE EST DE TYPE VOLUMES FINIS, 2D, BASE SUR L'ALGORITHME SIMPLE. DANS UNE PREMIERE PARTIE NOUS AVONS MENE UNE ETUDE DE VALIDATION DE PLUSIEURS MODELES DE TURBULENCE K- A BAS ET HAUT NOMBRE DE REYNOLDS, EN PRENANT COMME REFERENCE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX OBTENUS AU LABORATOIRE, DANS LE CAS D'ECOULEMENTS DE CONVECTION MIXTE GENERES PAR DES JETS DE PAROI ET DE PAROI CHAUFFANTE. LES RESULTATS DE CETTE ETUDE ONT MONTRE LA GRANDE SENSIBILITE DES MODELES K- EN CE QUI CONCERNE L'EVALUATION DES TRANSFERTS THERMIQUES PARIETAUX. L'IMPORTANCE DE CE FAIT A ETE SOULIGNEE EGALEMENT A TRAVERS L'APPROCHE EN REGIME STATIONNAIRE D'UN PHENOMENE D'HYSTERESIS MIS EN EVIDENCE EXPERIMENTALEMENT. LA SECONDE PARTIE DE L'ETUDE A CONSISTE DANS LA MODELISATION DE LA CONVECTION MIXTE THERMO-SOLUTALE ENGENDREE PAR LE PROCESSUS DE TRANSPORT-DIFFUSION DE POLLUANTS DANS UN HALL INDUSTRIEL. LA CONFIGURATION SE CARACTERISE PAR L'ABSENCE DES ECHANGES THERMIQUES ET MASSIQUES PARIETAUX. LE MODELE DE TURBULENCE UTILISE A ETE CHOISI SUITE A L'ETUDE EXPOSEE DANS LA PREMIERE PARTIE. NOUS AVONS ANALYSE L'INFLUENCE SUR LA STRUCTURE DES ECOULEMENTS DES FACTEURS TELS QUE L'INTENSITE DU COUPLAGE DES EFFETS D'INERTIE ET GRAVITATIONNELS, LA NATURE DU POLLUANT ET LE REGIME DYNAMIQUE DE CALCUL. CETTE ETUDE A MONTRE LE ROLE IMPORTANT DE L'ABSENCE DES ECHANGES PARIETAUX SUR LE COMPORTEMENT RELAMINARISANT DE DEUX MODELES K- A BAS REYNOLDS. D'UN POINT DE VUE PLUS PRATIQUE NOUS AVONS OBTENU DES INFORMATIONS INTERESSANTES CONCERNANT L'EFFICACITE DE PROCESSUS DE DEPOLLUTION EN AMBIANCE INDUSTRIELLE. L'ENSEMBLE DES RESULTATS NOUS ONT APPORTE DES DETAILS PRECIEUX CONCERNANT LES PERFORMANCES DE LA MODELISATION K- POUR DIVERSES CONFIGURATIONS DE CONVECTION MIXTE. ILS NOUS ONT INDIQUE EN MEME TEMPS DES NOUVELLES VOIES A SUIVRE DANS L'APPROCHE DE LA TURBULENCE

L'objectif général de la thèse est d'améliorer la modélisation numérique RANS des flux thermiques turbulents notamment en proposant un modèle fonctionnant dans les trois régimes de convection thermique (forcée, mixte et naturelle).Pour ce faire, un état des lieux, non exhaustif, des modèles des flux thermiques utilisant les approches algébriques et à équations de transport, est effectué. Puis, le modèle EB-RSM (Elliptic Blending-Reynolds Stress Model) étant utilisé pour modéliser la turbulence, le principe de la pondération elliptique est appliqué aux modèles des flux thermiques turbulents algébriques EB-GGDH (EB-General Gradient Diffusion Hypothesis), EB-AFM (EB-Algebraic Flux Model) et à équations de transport EB-DFM (EB-Differential Flux Model). Une attention particulière a été apportée aux échelles de temps et de longueur utilisées pour ces modèles. Il en résulte qu'utiliser une échelle de longueur thermique différente de l'échelle de longueur dynamique et une échelle de temps mixte dans le terme de flottabilité de l'équation de la dissipation turbulente est préférable.Pour valider les formulations retenues, nous avons effectué des tests pour des fluides usuels (nombre de Prandtl de l'ordre de 1) dans les trois régimes de convection à l'aide de l'outil de calcul Code_Saturne sur des configurations académiques, semi-académiques et industrielles.Des résultats satisfaisants ont été obtenus en associant l'EB-RSM et le GGDH en convection forcée ou mixte et l'EB-RSM aux modèles EB-DFM et AFM en convection naturelle.

DANS LE BUT D'AMELIORER LE RENDEMENT D'UNE TURBOMACHINE, LES PALES DE TURBINE SONT REFROIDIES PAR CONVECTION INTERNE D'AIR REFRIGERANT. POUR OPTIMISER CES TECHNIQUES, L'EXPERIMENTATION SE REVELE LONGUE, DIFFICILE ET COUTEUSE, ET L'INGENIEUR A DE PLUS EN PLUS RECOURS A LA SIMULATION NUMERIQUE. DANS CETTE OPTIQUE, L'ETUDE PROPOSEE INTRODUIT UNE METHODE ORIGINALE UTILISANT LA THEORIE DES MILIEUX POREUX ET LA TECHNOLOGIE MULTIGRILLE POUR MODELISER LES ECOULEMENTS TURBULENTS ET LES TRANSFERTS THERMIQUES DANS UN MILIEU HETEROGENE FLUIDE/SOLIDE. IL EN RESULTE UN LOGICIEL INTERACTIF D'OPTIMISATION PERMETTANT DE VISUALISER LES RESULTATS ET DE MODIFIER LA GEOMETRIE OU LES CONDITIONS GENERALES D'ECOULEMENT EN COURS DE CALCUL. EN CE QUI CONCERNE LA TURBULENCE, PLUSIEURS VOIES NUMERIQUES SONT EXPLOREES, DES METHODES STATISTIQUES CLASSIQUES A LA SIMULATION INSTATIONNAIRE DIRECTE DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES ET DE L'ENERGIE

AFIN D'ETUDIER LES TRANSFERTS THERMIQUES PARIETAUX EN ECOULEMENT TURBULENT COMPLEXE, ON ABORDE DANS CE TRAVAIL DEUX APPROCHES: MODELISATION ET SIMULATION. L'ECOULEMENT INCOMPRESSIBLE AUTOUR D'UNE MARCHE DESCENDANTE A ETE CHOISI COMME CAS TEST POUR LEQUEL ON TROUVE UNE ABONDANTE BASE DE DONNEES EXPERIMENTALES. DANS UNE PREMIERE PARTIE, ON COMPARE DIFFERENTS MODELES DE PAROI EN CONJONCTION AVEC LE MODELE DE TURBULENCE K-EPSILON STANDARD. ON ANALYSE LES PERFORMANCES DES MODELES DU TYPE LOIS DE PAROI: MODELES A UNE, DEUX ET TROIS COUCHES ; ET DES MODELES A BAS NOMBRE DE REYNOLDS TURBULENT: MODELE DE LAUNDER ET SHARMA ET MODELE DE LAM ET BREMHORST. ON MONTRE AINSI LES LIMITATIONS DES METHODES CLASSIQUES POUR DETERMINER LES TRANSFERTS THERMIQUES PARIETAUX. LE BUT DE LA DEUXIEME PARTIE EST PRECISEMENT DE CHERCHER A MIEUX COMPRENDRE LES MECANISMES PHYSIQUES QUI RELIENT LES CHAMPS DYNAMIQUE ET THERMIQUE. POUR CELA ON UTILISE UNE APPROCHE NUMERIQUE INSTATIONNAIRE QUI PERMET DE SUIVRE L'EVOLUTION DES PHENOMENES THERMIQUES. IL S'AGIT DE LA SIMULATION DU TRANSPORT PASSIF DE LA TEMPERATURE DANS L'ECOULEMENT. ON S'INTERESSE EN PARTICULIER AU DECALAGE DE LA POSITION DU MAXIMUM DU COEFFICIENT LOCAL DE TRANSFERT THERMIQUE ET DU POINT DE RECOLLEMENT. DANS LES 2 PARTIES, LES RESULTATS NUMERIQUES SONT COMPARES A CEUX, EXPERIMENTAUX, TROUVES DANS LA LITTERATURE