ACTUELLEMENT, LE JET D'AIR TROUVE DE PLUS EN PLUS D'APPLICATIONS DANS LE DOMAINE INDUSTRIEL, QUE CE SOIT POUR LE CONFORT D'USAGERS (SEPARATION D'AMBIANCES CLIMATIQUES), POUR LA PREVENTION ET LA PROTECTION DE POLLUTION SOLIDE OU GAZEUSE (PROTECTION INCENDIE, INDUSTRIES CHIMIQUE OU AGROALIMENTAIRE ) OU BIEN ENCORE POUR DES APPLICATIONS TELLES QUE LE TRAITEMENT DE SURFACES. MALGRE CE FORT INTERET INDUSTRIEL, ON CONSTATE QUE LES ETUDES MENEES SUR LE JET D'AIR NE PERMETTENT PAS D'AVOIR UNE CONNAISSANCE GLOBALE DE SON COMPORTEMENT, NI DES TRANSFERTS DE MASSE. NOTRE ETUDE PROPOSE UNE ANALYSE EXPERIMENTALE D'UN JET D'AIR PLAN TURBULENT EN IMPACT. L'UTILISATION D'UN BANC D'ESSAIS A GEOMETRIE VARIABLE PERMET DE REALISER UNE ANALYSE PARAMETRIQUE GLOBALE PAR ANEMOMETRIE LASER A EFFET DOPPLER (LDA). LE RAPPORT D'OUVERTURE H/E, DEFINI PAR LA HAUTEUR H DU JET ET LA LARGEUR E DE LA BUSE, ET LE NOMBRE DE REYNOLDS SONT LES DEUX PARAMETRES ETUDIES. ILS COUVRENT LES GAMMES 5-50 POUR LE RAPPORT D'OUVERTURE ET 6700-27000 POUR LE NOMBRE DE REYNOLDS. EN PARALLELE, UN MODELE GLOBAL DE DECROISSANCE DE LA VITESSE AXIALE DU JET EST PRESENTE ; IL EST BASE SUR UNE APPROCHE SEMI EMPIRIQUE QUI PREND EN COMPTE LA DECOMPOSITION DU JET EN DIFFERENTES ZONES CARACTERISTIQUES. L'ANALYSE S'ORIENTE ENSUITE PLUS SPECIFIQUEMENT VERS LA ZONE D'IMPACT AU NIVEAU DE LAQUELLE LES TRANSFERTS DE MASSE ET DE CHALEUR APPARAISSENT MAJORITAIREMENT. L'UTILISATION DE LA TECHNIQUE PAR VELOCIMETRIE PAR IMAGERIE DE PARTICULES (PIV) VIENT COMPLETER LES INFORMATIONS OBTENUES PAR LDA. ENFIN, UNE ETUDE DES TRANSFERTS DE MASSE PROPREMENT DITS EST EFFECTUEE SUR L'ENSEMBLE DU JET (A L'AIDE D'UNE METHODE UTILISANT UN ANALYSEUR DE GAZ PAR IONISATION DE FLAMME - FID). L'OBJECTIF EST DE METTRE EN EVIDENCE LA POSITION ET LA QUANTITE DE GAZ TRACEURS QUI TRAVERSENT LE JET.

L'influence de la variation de masse volumique pour le développement des instabilités primaires d'un jet plan est étudiée par simulation numérique directe des équations de Navier-Stokes incompressibles. Chaque méthode numérique retenue ainsi que la construction du programme sont détaillées pas à pas en insistant particulièrement sur le choix des conditions aux limites. La méthode est validée par une étude linéaire qui présente des résultats pour une large gamme de valeurs du rapport de densité. À partir de ce code non linéaire, on étudie la transition convective/absolue subie par le mode variqueux lorsque le rapport de densité diminue pour différents profils dont le Bickley et le presque top-hat. Une remise en cause du critère de stabilité marginale est proposée. En outre, l'observation inattendue de modes globaux amortis pour les rapports de densité voisins de 1 dans le cas d'un profil presque top-hat nous conduit à proposer une hypothèse en étudiant l'équation analytique implicite qui définit la relation de dispersion du mode variqueux pour un profil top-hat. Une courte étude expérimentale dans laquelle on présente les différentes techniques employées, ainsi que les premières mesures de vitesse et de densité, complète ce travail, en donnant des informations sur les fréquences caractéristiques.

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.

LES PHENOMENES DE MELANGE ENTRE DEUX FLUIDES INTERVIENNENT DANS BON NOMBRE D'APPLICATIONS INDUSTRIELLES, EN PARTICULIER DANS LE DOMAINE DE LA PROPULSION, OU CES MELANGES S'EFFECTUENT A TRES HAUTE VITESSE. CE TYPE D'ECOULEMENT FAIT L'OBJET, A L'HEURE ACTUELLE, DE RECHERCHES INTENSIVES. LA PRESENTE ETUDE S'INTERESSE AU CAS D'UN JET FORTEMENT CHAUFFE. ELLE S'EFFECTUE A LA FOIS SUR LE PLAN EXPERIMENTAL ET SUR LE PLAN NUMERIQUE. POUR LA PRESENTE ETUDE, TROIS VALEURS DE TEMPERATURE D'ARRET DU JET ONT ETE SELECTIONNEES: 330 K (IDENTIQUE A LA TEMPERATURE D'ARRET DE L'ECOULEMENT EXTERIEUR), 670 K ET 1040 K. LES MESURES PRESENTEES ONT ETE REALISEES AU MOYEN DE SONDES DE PRESSION, D'UN THERMOCOUPLE ET D'UN VELOCIMETRE LASER BIDIRECTIONNEL. DES DIFFICULTES METROLOGIQUES ONT ETE RENCONTREES AU COURS DE L'EXPERIENCE. AUSSI, NOUS AVONS DEVELOPPE UN CHAPITRE SUR LES METHODES DE MESURE ET LEURS CONTROLES. LES RESULTATS DE CETTE EXPERIENCE MONTRENT DES ANALOGIES AVEC LE CAS DES COUCHES DE MELANGE PLANES COMPRESSIBLES. LES TAUX D'EVASEMENT DE LA COUCHE DE MELANGE DES JETS, NORMALISES PAR LEURS HOMOLOGUES INCOMPRESSIBLES ONT DES COMPORTEMENTS TOUT A FAIT IDENTIQUES A CEUX DES COUCHES DE MELANGE PLANES. MALGRE CES RESSEMBLANCES, LA PRESENCE DE LA COUCHE LIMITE INITIALE SUR L'EJECTEUR PERTURBE FORTEMENT L'EXPANSION DES JETS. ELLE EST RESPONSABLE DE L'ABSENCE DE SIMILITUDE, SURTOUT DANS LE CAS DU JET A TEMPERATURE D'ARRET CONSTANTE. UNE ETUDE NUMERIQUE PARALLELE A ETE ENTREPRISE. UN CODE DE CALCUL RESOLVANT LES EQUATIONS DE MOUVEMENT MOYENNEES DANS LE CADRE DE L'HYPOTHESE DE COUCHE MINCE A ETE UTILISE. DANS CES CALCULS LA MODELISATION DES TERMES TURBULENTS EST LIMITEE A DES MODELES DE TYPE LONGUEUR DE MELANGE. MALGRE LA SIMPLICITE DU MODELE, NOUS AVONS PU REMARQUER QUE LA MASSE VOLUMIQUE DU JET EST IMPORTANTE POUR REPRESENTER CE GENRE D'ECOULEMENT

Cette étude expérimentale porte sur la mesure et l'analyse du comportement d'un rideau d'air plan, vertical descendant, lorsqu'il se développe dans un flux uniforme en co-courant. Le rapport r entre la vitesse du cocourant et la vitesse du jet évolue dans la gamme [0; 0, 3] qui comprend le cas du jet plan classique sans co-courant (r = 0). La motivation de l'étude est, pour le laboratoire d'accueil de la thèse (Irstea de Rennes, équipe Aéraulique et Contrôle des Atmosphères Turbulentes), l'apport de connaissances précises sur les rideaux d'air séparateurs d'ambiance, en propreté et en température, pour la maîtrise des ambiances locales dans l'industrie agroalimentaire et plus largement dans le domaine de la sécurité sanitaire des aliments. Cette étude porte principalement sur le cas isotherme, sans différence de température entre le jet et le co-courant, les cas anisothermes étant seulement abordés en investigation réduite dans le dernier chapitre (chap. IV). L'analyse de la turbulence est au centre de cette étude. Elle est menée à partir des différentes grandeurs caractéristiques, dont les profils de tensions de Reynolds et les échelles turbulentes caractéristiques. Elle sous-tend également l'analyse des évolutions des grandeurs moyennes, en particulier l'expansion du profil de vitesse moyenne. Le principal moyen d'investigation expérimentale est l'anémométrie par fils chauds croisés à température constante (CTA). La Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) est utilisée dans le chapitre IV comme moyen insensible à la température, pour les études de cas anisothermes. Le rideau plan en co-courant a été mis en oeuvre dans une soufflerie verticale spécifique dont la veine d'essai a une hauteur utile de deux mètres (chap. II). L'étude s'appuie sur une analyse bibliographique (chap. I) centrée sur les équations de la turbulence appliquées aux jets plans. L'analyse du comportement dans le cas isotherme (chap. III) s'intéresse principalement à l'influence du rapport de vitesse r et du nombre de Reynolds. Un raisonnement mené sur le choix des variables d'adimensionnement pour décrire le comportement du jet amène à proposer un adimensionnement global, à la fois pour l'évolution de la vitesse moyenne sur l'axe, pour l'expansion de l'épaisseur du jet et pour l'évolution des fluctuations rms de vitesse. On obtient ainsi un modèle de comportement généralisable aux différentes valeurs de r pour les jets en co-courant, avec au passage une méthode intéressante pour évaluer par ce biais des caractéristiques du cas limite du jet plan sans co-courant. Les données complètes et précises obtenues par fils croisés permettent, en fin de chapitre III, de mener une description et analyse des échelles caractéristiques de la turbulence. Il apparaît que les échelles intégrales sont cohérentes avec le modèle proposé pour l'expansion du jet et que les échelles de Kolmogorov s'en déduisent ensuite par un recours à un rapport universel, fonction du nombre de Reynolds local.

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