Accroissement du transfert convectif dans une couche limite turbulente perturbée par un obstacle décollé de la paroi

Convective heat transfer enhancement in a turbulent boundary layer disturbed by a detached obstacle

• Auteur / Autrice : Samir Tabloul
• Direction : Bernard Baudoin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbulence

Couche limite turbulente

Transfert de chaleur

Chaleur -- Convection

Mots clés libres

Les

Urans

Résumé

Ce mémoire est consacré à l'étude du transfert convectif dans une couche limite turbulente perturbée par un obstacle décollé de la paroi. Une première étude expérimentale (champ dynamique ainsi que coefficient de transfert de chaleur pariétal) a permis de mettre en évidence le caractère périodique de cette écoulement. Par ailleurs, des simulations bidimensionnelles RANS/URANS n'ont pas permis de reproduire le transfert convectif de façon satisfaisante. Dans ce contexte, le but de ce travail a consisté en la réalisation de mesures complémentaires, mais aussi en une meilleure modélisation des phénomènes physiques. Dans un premier temps, une revue bibliographique nous a permis d'identifier une forte similitude entre notre cas (barreau inclinée) et d'autres géométries (cylindre ou barreau rectangulaire). D'autre part, la mesure du champ de température, par thermocouple, a confirmé les hypothèses de la première étude. Dans un second temps, l'emploi des modèles de turbulence statistiques avec un maillage très fin, a permis d'avoir des résultats de transfert de chaleur encourageants, pour le modèle SST k-w, sans, toutefois, améliorer la pécision de la modélisation du champ dynamique. Par ailleurs, une simulation des grandes échelles (LES) a été réalisée. La difficulté de cette approche, dans notre cas (nombre de Reynolds élevé), réside dans le compromis à faire entre le nombre de mailles de calcul et la capture des phénomènes instationnaires. A ce titre, une stratégie de maillage par multiblocs, a permis de bien caractériser le champ dynamique et d'identifier le mécanisme de transfert de chaleur dans cette configuration

This dissertation deals with convective heat transfer in a turbulent boundary layer disturbed by a detached obstacle. A previous study devoted to the experimental measurement (velocity field and wall heat transfer) highlighted the periodic characteristic of this flow dynamics. While, two-dimensional simulations carried on, by RANS/URANS models, resulted in an unsatisfactory thermal field. In this context, the objective of the present study consisted in a complementary experimental investigation and a better modeling of the physical phenomena. First of all, a revised examination of the bibliographical work showed a close similarity between the phenomena encountered in our configuration (inclined rectangular rod) and other geometries (cylindrical or rectangular obstacle). Furthermore, temperature measurement, by a thermocouple, has confirmed the hypotheses of the first study. Secondly, two equation turbulence models was applied on a refined grid. In the case of the SST k-w model, encouraging results of heat transfer are obtained, without, however, improving the flow field. Moreover, a large eddy simulation (LES) has been conducted in this configuration. The main difficulty, in our case (high Reynolds number), is on the compromise between computational cells number and the capture of the unsteady phenomena. At this point, a multiblock strategy has made it possible to obtain a better flow field and to identify the heat transfer mechanism involved in this flow dynamics