Analyse expérimentale des écoulements de convection naturelle et mixte en espace confiné

Other literature type French OPEN
Perrin, Ludovic (2006)
  • Subject: Convection naturelle | Convection mixte | Confinement | PIV | LDV | Thermocouple | Transferts de chaleur | Instationnarités | Couche limite | 621.042

L'objectif de cette thèse est de réaliser l'analyse expérimentale des écoulements de convection naturelle et mixte générés par un obstacle à bords vifs placé dans une cavité. Le cas générique retenu est constitué d’un barreau chauffant de section carrée placé horizontalement dans une cavité de type parallélépipède. L'analyse de l'écoulement et des transferts de chaleur est basée sur l'utilisation de deux dispositifs expérimentaux (maquette à bas puis à haut nombre de Rayleigh) et de plusieurs méthodes de mesure (PlV, LDV et thermocouples). La première étude, menée sur un cas de convection naturelle laminaire stationnaire, permet d'évaluer l'influence du rapport de forme R[indice sc] sur l'écoulement et de valider le code de calcul CEDRE (ONERA). La suite de ces travaux est focalisée sur l'étude d'une configuration similaire mais en régime turbulent. Les résultats expérimentaux obtenus ont mis en évidence le comportement fortement instationnaire de l'écoulement et ont permis une première comparaison à des calculs DNS. Enfin, l'ajout de jets froids à l'intérieur de la cavité permet d’aborder les écoulements de convection mixte dans ce type de configuration. L'analyse des données expérimentales a principalement souligné la difficulté définir l'écoulement dans sa globalité à l’aide d’un nombre sans dimension unique. This thesis deals with experimental analysis of natural and mixed convection flows produced by a cuboidal obstacle placed in a cavity. The generic case considered is made of a heated square cylinder placed horizontally in a plane-parallel cavity. The flow and heat transfer analysis is based on two experimental set-up (bench at low and hight Rayleigh number) and different experimental methods (PIV, LDV, thermocouples). The first part of the study consider a fully laminar case. The results allow to describe the aspect ratio Rse influence on the flow and the CFD software CEDRE (ONERA) validation. The second part of this work deals with the same study on a turbulent case. The experimental results obtained underline a strongly unsteady flow and allow a first comparison with DNS simulations. Finally, mixed convection in this configuration is studied adding cold jets in the cavity. These results show principally that it seems to be difficult to characterize the overall flow pattern using a single dimensionless number.
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