Transferts thermiques en ecoulement oscillant dans une conduite cylindrique : application au moteur stirling

par PASCALE BOUVIER

Thèse de doctorat en Sciences et techniques

Sous la direction de Jean-Pierre Bardon.

Soutenue en 2000

à Nantes .

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  • Résumé

    Les modeles actuels utilises pour simuler les conditions de fonctionnement des moteurs stirling ne permettent pas de predire les performances de ces machines avec une precision satisfaisante. Cela est du, en grande partie, a l'utilisation de correlations non adaptees a l'ecoulement oscillant pour le calcul des dissipations visqueuses et des transferts de chaleur. Apres une vaste etude bibliographique, nous discutons, dans la premiere partie de notre travail, des differentes manieres de definir le coefficient d'echange dans le cadre des ecoulements oscillants, et des limites de ces definitions. Nous presentons ensuite de nouvelles solutions analytiques au probleme du transfert thermique parietal en ecoulement laminaire incompressible oscillant. Ces solutions mettent, entre autres, en evidence la grande sensibilite des transferts thermiques au type de conditions aux frontieres et a la position axiale consideree. Afin de mieux caracteriser les transferts de chaleur instationnaires au sein des echangeurs des moteurs stirling, et, a terme, d'obtenir des correlations mieux adaptees, nous avons, dans une seconde et importante partie de notre travail, concu et realise un banc experimental destine a couvrir les conditions de fonctionnement des moteurs stirling les plus courants. En ecoulement oscillant completement developpe, nous avons effectue des mesures de vitesse par anemometrie laser ainsi que des mesures de temperature dans le fluide et a l'interieur de la paroi, a l'aide d'une sonde equipee d'un thermocouple de 12 microns et d'un capteur de flux parietal. Nous avons verifie que l'ecoulement genere etait bien sinusoidal et axisymetrique. Pour des frequences et des amplitudes d'oscillation variees, les mesures de vitesse et de temperature dans le fluide nous ont permis de mettre en evidence les caracteristiques de la transition de l'ecoulement laminaire vers l'ecoulement turbulent. Dans nos conditions experimentales, nous avons verifie que les variations temporelles de temperature dans la paroi sont tres faibles et que les variations de pression locale engendrent des variations temporelles de temperature assez importantes dans le fluide. Les mesures effectuees permettent de determiner le coefficient global d'echange, de la paroi exterieure vers le fluide, ainsi que les conditions locales du transfert thermique, a l'interface fluide/paroi.

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Informations

  • Détails : 198 p.
  • Annexes : 79 ref.

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Nantes. Médiathèque.
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  • Cote : Th.1867 bis
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  • Cote : Th.1867
  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
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  • Cote : 00 NANT 2053
  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
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