Optimisation des transferts de chaleur et structures d'un écoulement fluide entre deux parois ondulées à géométrie variable : application aux échangeurs compacts

par Julien Robert

Thèse de doctorat en Énergie, thermique, combustion

Sous la direction de Son Doan-Kim et de Dominique Couton.


  • Résumé

    Ce travail expérimental concerne l'étude des écoulements d'air au sein de canaux ondulés représentant les surfaces ailettées d'échangeurs de chaleurs compacts aéronautiques. L'objectif de cette étude est de comprendre et d'analyser les mécanismes dynamiques et thermiques qui se développent au sein de ces géométries complexes. Une attention toute particulière a été portée sur la caractérisation des phénomènes de transferts aux parois. Les résultats montrent l'influence de paramètres géométriques adimensionnels sur l'organisation de l'écoulement interne : facteur d'écartement, facteur d'ondulation et déphasage. L'écoulement est le siège du développement de couches limites caractérisées par des points de décollement et de recollement successifs. Ces phénomènes sont à l'origine de forts gradients des frottements pariétaux en bonne corrélation avec les variations tout aussi importantes des échanges de chaleur locaux. Des lois empiriques sont proposées pour des forts nombres de Reynolds. L'analyse fine des résultats permet de proposer une géométrie optimale. Ces travaux montrent aussi que l'écoulement moyen et fluctuant est établi au-delà de la 4ème période d'ondulation. Le développement des structures turbulentes et le niveau de turbulence sont indépendants du taux de turbulence initial, mais dépendent étroitement des dimensions géométriques du canal ondulé et du régime d'écoulement interne.

  • Titre traduit

    Optimization of heat transfer and structures of a fluid flow between two wavy walls with variable geometry – application in compact heat exchanger


  • Résumé

    This experimental approach concerns the study of the flows of air within wavy channels representing fin surfaces of aeronautics compact heat exchangers. The objective of this study is to understand and to analyse the dynamic and thermal mechanisms which develop within these complex geometries. A very particular attention was turned on the characterization of the phenomena of transfers in walls. Results show the influence of geometric no dimensional parameters on the organization of internal flow: factor of distance, factor of wave and phase. Flow is the seat of the development of boundary layers characterized by successive points of detachment and reattachment. These phenomena are at the origin of strong gradients of wall stress in good correlation with the also important variations of local heat exchanges. Empirical laws are offered for high Reynolds numbers. The fine analysis of results allows offering an optimum geometry. These works show that the mean and fluctuating flow is established beyond the 4th period of wave. The development of turbulent structures and the level of turbulence is independent of the initial rate of turbulence, but depend closely on geometric dimensions of the wavy channel and the regime of internal flow.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (X-199 p.)
  • Notes : Thèse confidentielle jusqu'en 2016
  • Annexes : Bibliogr. 73 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Poitiers. Service commun de la documentation. Section Sciences, Techniques et Sport.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 06/POIT/2252-B
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