Transferts de masse et de chaleur dans la couche limite pariétale et à l'intérieur d'une paroi poreuse plane soumise à de l'effusion ou de la transpiration

par Jérôme Bellettre

Thèse de doctorat en Thermique et énergétique

Sous la direction de André Lallemand.

Soutenue en 1998

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    Ce travail concerne l'étude numérique et expérimentale des écoulements et des transferts thermiques au voisinage et dans une paroi poreuse soumise à un écoulement interne de fluide. Les simulations numériques de l'écoulement pariétal sont effectuées en utilisant un modèle classique de turbulence (modèle RNG k-ɛ). Une modélisation discrète de l'effusion à travers la paroi poreuse est développée afin de prédire les interactions entre l'écoulement pariétal et le fluide injecté. Les résultats numériques sont en accord avec les résultats expérimentaux obtenus dans une soufflerie thermique. Le couplage entre les transferts au voisinage et à l’intérieur de la paroi poreuse est étudié en fonction du taux d'injection, de la température de l'écoulement potentiel et de la surface d'échange interne du milieu poreux. Un modèle nodal des transferts thermiques internes à la paroi, couplé au modèle des couches limites soumises à de l'effusion, permet de calculer les températures de parois. Par comparaison entre les résultats de la modélisation et ceux de l'expérience, les coefficients d'échanges internes aux milieux poreux sont calculés. Enfin, en vue d'optimiser la protection thermique des parois, la transpiration d'un liquide est étudiée. Les résultats expérimentaux, obtenus avec la transpiration d’éthanol, alors que l’écoulement pariétal est gazeux, mettent en évidence une excellente performance du système de protection. Le débit de réfrigérant évaporé est calculé à partir de mesures de concentration dans la couche limite pariétale puis est utilisé pour l'étude numérique des transferts de masse en couche limites.

  • Titre traduit

    = Study of heat and mass transfer in boundary layer and inside a porous wall subjected to transpiration cooling


  • Résumé

    The flows and the heat transfer near and inside a porous wall subjected to an internal flow are numerically and experimentally studied. Numerical simulations of the main flow are performed using a classical model of turbulence (RNG k-ɛ model). A discrete modeling of blowing through a porous plate is developed in order to predict interactions between the main flow and the injected fluid. Numerical results are in good agreement with experimental data obtained with a subsonic wind tunnel. The coupling between the heat transfer near and inside porous plates is studied for different injection rates, main flow temperatures and internal exchange surfaces of porous media. Surfaces temperatures are calculated using a nodal model of internal heat transfer, linked to the model of boundary layer submitted to injection. By comparing numerical and experimental temperatures of walls, the heat transfer coefficients inside porous media are calculated. In order to improve the thermal protection of walls, the transpiration with a liquid is studied. Experimental results, obtained with ethanol injection whereas the main flow is gaseous, show an important enhancement of the protection process. The coolant evaporation rate is calculated using measurement of mass fraction in the boundary layer and is used for the numerical study of mass transfer in the boundary layer.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (172 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2198)
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