Contribution à l'étude des jets turbulents axisymétriques à masse volumique variable

Contribution to the study of turbulent axisymmetric jets with variable density

• Auteur / Autrice : Joël Page
• Direction : Iskender Gökalp, Brahim Sarh
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Orléans

Mots clés

Mots clés libres

Physique

Jet axisymetrique

Ecoulement turbulent

Masse volumique

Spectre energie

Echelle turbulence

Champ scalaire

Ecoulement cocourant

Distribution vitesse

Anemometre laser doppler

Diffusion rayleigh

Dissipation energie

Etude experimentale

Axially symmetric jet

Turbulent flow

Mass density

Energy spectra

Turbulence scale

Scalar fields

Cocurrent flow

Velocity distribution

Laser doppler anemometers

Rayleigh scattering

Energy dissipation

Experimental study

Résumé

Cette étude expérimentale est une contribution à l'amélioration des connaissances de l'influence de la variation de la masse volumique sur le développement des champs dynamique et scalaire de jets turbulents axisymétriques de gaz se développant dans un co-courant d'air. Les différents gaz étudiés sont l'hélium, le méthane, l'air et le co#2, donnant respectivement le rapport des densités suivant : 7,2 ; 1,8 ; 1 et 0,667. Le rapport des vitesses entre le jet et le co-courant est maintenu constant (0,075). Les jets de gaz, issus d'un tube circulaire, débouchent dans un caisson de mélange. La determination complète, tant axiale que radiale, du champ dynamique (vitesses moyennes, variances, moments d'ordre 3 et 4) a été faite grâce à la vélocimétrie doppler laser a deux composantes, ceci en apportant un soin tout particulier à l'optimisation du système d'ensemencement (génération d'un brouillard de gouttelettes d'huile d'olive ayant un diamètre de 1,5 m). L'influence de la variation de densité est notable sur toutes les grandeurs mesurées. Les jets de gaz se mélangent plus vite avec le co-courant d'air que les jets de gaz lourds. La connaissance du champ dynamique instantané nous a permis, à partir de programmes de calcul des densités spectrales d’énergie (bases sur une méthode par intervalles exacts et des transformées de Fourier rapides) d'obtenir des spectres pour chacune des positions axiales explorées. Ainsi, nous avons pu en déduire les échelles caractéristiques de la turbulence dans nos jets à masse volumique variable (macro-échelle de longueur, échelle de taylor et de komogorov), ainsi que d'autres grandeurs importantes (taux de dissipation de l’énergie cinétique de la turbulence, nombre de reynolds turbulent et macro-échelle de temps). L'influence du rapport des densités est également notable sur ces grandeurs. Enfin, une exploration du champ scalaire a été réalisée par la technique de la diffusion de la lumière par effet rayleigh induit par laser sur les mêmes gaz. Nous avons alors obtenu pour chaque gaz les évolutions longitudinales et radiales de la fraction molaire, pour ensuite en déduire l'évolution de la fraction de mélange ainsi que celle de la masse volumique.