Transferts thermiques et mélange dans les écoulements pulsés en présence de force centrifuge

par Fareed Hussain Mangi

Thèse de doctorat en Sciences pour l’Ingénieur, Thermique et énergétique

Sous la direction de Hassan Peerhossaini.

Le président du jury était Abdelhak Ambari.

Le jury était composé de Abdelhak Ambari, Fethi Aloui, Yves Bertin.

Les rapporteurs étaient Fethi Aloui, Yves Bertin.


  • Résumé

    The aim of this study is to investigate mixing and heat transfer enhancement through superposition of a temporal dependence on steady flow in bent tubes. First, a mixing study is carried out in a 90° curved pipe by analyzing the tracer deformation through a PLIF technique. Measurements are performed for the steady Reynolds numbers range [420–1000], frequency parameters [8–21] and velocity component ratios [1– 3]. Effects of each parameter (Rest, α and β) on mixing intensity are discussed. In particular, the intensification of the mixing degree can reach up to 59% compared to the steady case. Second, a heat exchanger is used to perform thermal measurements, carried out for the same parameters: Rest in the range [600–5000], α in the range [0–20], β in the range [1–13] and adding the effect of the pulsation signals: sinusoidal, triangular and square. The heat exchanger, designed and fabricated at the LTN laboratory, is composed of a succession of bent tubes configured in a chaotic twisted tube geometry. Temperature profiles measurements are recorded at the entrance and exit. Pulsated flow show an increase of the heat transfer efficiency for laminar flow regime, but no effect for turbulent flow. At the optimal value of the pulsation condition, the heat transfer is enhanced up to 24% compared to steady case. In both cases, and in the appropriate range of the operating parameters, the interest of pulsatile flow is demonstrated by a significant intensification of the transfers.

  • Titre traduit

    Heat transfer and mixing in pulsatile flows in the presence of centrifugal force


  • Résumé

    Ce travail étudie l'intensification du mélange et du transfert thermique par la superposition d'une dépendance temporelle sur des écoulements stationnaires dans des tubes coudés. Dans un premier cas de figure, une étude du mélange est mise en oeuvre dans un tube coudé à 90°, par l'analyse de la distribution d’un traceur par la technique PLIF. Les mesures sont effectuées pour des nombres de Reynolds stationnaires Rest [420–1000], des paramètres de fréquence α [8–21] et des rapports d’amplitude de la vitesse β [1–3]. Les effets de chaque paramètre (Rest, α et β) sur le degré de mélange sont discutés. En particulier, l’intensification du degré de mélange peut atteindre 59% par rapport au cas stationnaire. Un deuxième montage expérimental permet des mesures thermiques dans un échangeur de chaleur. Les mêmes paramètres que précédemment sont étudiés dans des gammes un peu différentes (Rest entre [600-5000], α entre [0-20], β entre [1-13]), en ajoutant l’effet du signal de pulsation : sinusoïdal, triangulaire ou carré. L'échangeur de chaleur, conçu et fabriqué au LTN, est composé d'une succession de tubes coudés, configurée selon une géométrie chaotique à Dean alterné. Les profils de température sont enregistrés à l'entrée et à la sortie de l’échangeur. L'écoulement pulsé montre une amélioration de l'efficacité du transfert de chaleur en régime laminaire, mais pas d'effet en écoulement turbulent. Des conditions de pulsation optimales améliorent le transfert de chaleur jusqu'à 24% par rapport au cas stationnaire. Dans les deux cas et pour des conditions opératoires appropriées, l’intérêt d’un écoulement pulsé est démontré par une intensification significative des transferts.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (203 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.197-203

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. BU Sciences.
  • Disponible pour le PEB
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