Etude des propriétés aérothermiques d'un écoulement en canal généré par soufflage à travers une paroi poreuse

par Clarisse Fournier

Thèse de doctorat en Énergétique et thermique

Sous la direction de Françoise Bataille et de Marc Michard.

Soutenue en 2005

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    L'objectif de cette étude est de caractériser les transferts de masse et de chaleur dans un écoulement de canal, entièrement généré par l'injection d'un fluide à travers une paroi poreuse, située en vis-à-vis d'une paroi imperméable. Ce travail est relatif au problème du réchauffement de parois soumises au givre, mais est également proche, de par la configuration et de par l'injection pariétale envisagée, des modélisations de la sublimation du propergol solide dans les moteurs de fusée. Un modèle analytique et des analyses d'ordre de grandeur permettent de prédire certaines tendances de la couche limite thermique. Des simulations numériques basées sur un modèle RANS du second ordre ont été réalisées. La paroi poreuse est modélisée par une répartition uniforme de termes sources dans le système d'équations. Nous avons observé l'existence d'une zone locale où les fluctuations de vitesse sont rapidement amplifiées et analysé les mécanismes de production de la turbulence. La transition turbulente est à l'origine d'une augmentation des transferts thermiques au sein du fluide et donc de la paroi imperméable dont on veut contrôler la température. Une étude expérimentale réalisée à l'aide d'un système PIV, d'une sonde fil chaud et d'un thermomètre à fil froid a montré l'influence des caractéristiques microstructurales de la matrice poreuse et du nombre de Reynolds d'injection sur les transferts de masse et de chaleur. On a pu ainsi observer des écoulements constitués de fluctuations faiblement énergétiques et à grandes échelles et des écoulements turbulents pleinement développés

  • Titre traduit

    = Study of heat and mass transfer in a channel flow generated by blowing through a porous wall


  • Résumé

    The aim of this work is to characterize heat and mass transfers of a channel flow generated entirely by an injection through a porous wall and confined by the presence of an impermeable top wall. This problem may be related to the de-icing of walls. The configuration also represents a simple model of the flowfield in solid propellant rocket motors. The development of the thermal boundary layer is studied using an analytical model and an evaluation of the orders of magnitude. A Reynolds stress turbulent model is used in the numerical simulations and the injection is modelled by additional source terms at the wall in the resolved equations. Numerical results show a sudden increase of the turbulence level localized in a section of a channel. The transitional behavior of the mean velocity induces an enhancement of the heat transfers in the fluid, which increases the temperature of the impermeable wall. An experimental study carried out with PIV and hot and cold wires anemometry shows the impact of the porous microstructure and the injection Reynolds number on the type of flow. We observed two different regimes : large scales unsteady motions and fully developped turbulence.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (178 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 159-168

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2985)
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