Caractérisation expérimentale thermo-aéraulique d'un jet transverse impactant ou non, en turbulence de conduite

par Pierre Fougairolle

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides, énergétique, procédés

Sous la direction de Yves Gagne et de Eric Hervieu.

Soutenue en 2009

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015) .

mots clés

• Thermométrie

Résumé

"Ce travail de thèse concerne l'étude expérimentale d'un jet perpendiculaire à un écoulement principal ("jet in crossflow") dans une soufflerie en circuit fermé. Suivant la valeur du rapport de vitesse entre les deux écoulements (r = Uj/U), ce jet rectangulaire confmé se trouve en situation d'interaction voire d'impact avec la paroi opposée à celle dont il est issu. Le jet est faiblement marqué en température (environ 10°C), afin de rester dans le cas du scalaire passif. Une amélioration du dispositif expérimental a été mise en oeuvre afm d'obtenir des conditions aux limites thermiques compatibles avec la mesure de faibles écarts de température imposés par le scalaire passif. Du point de vue métrologique, on utilise l'anémométrie et la thermométrie à fil chaud / fil froid, l'ensemble de la chaîne anémométrique étant réalisé au laboratoire. Des sondes à fil de Wollaston (Pt-Rh) de O,351Lm de diamètre sont associées à un thermomètre et un anémomètre à tension constante optimisés pour maximiser le rapport signal sur bruit. Les différents résultats sont obtenus à la fois grâce à des visualisations par caméra rapide pour différents rapports de vitesse (r compris entre 3 et 12), et grâce aux mesures locales par fil chaud / fil froid, dans le cas particulier de deux rapports de vitesses (r = 3. 3 et 9. 4). Les propriétés de mélange du scalaire sont étudiées par le tracé de cartographies des grandeurs statistiques de vitesse et température dans des plans de coupe perpendiculaires aux trois axes. L'analyse du contenu spectral des signaux en différents points caractéristiques met en évidence des caractéristiques du comnortement dvnamiaue instationnaire du jet. "

Titre traduit

Experimental thermo-aerodynamique characterisation of a jet in crossflow, impacting or not, in channel turbulence

Résumé

This work consists in the experimental study of a jet in crossflow in a c10sed wind tunnel. Depending on the value of the velocity ratio (r = Uj/U), this confmed rectangular jet can interact or impact with the opposite wall from the one it issues. The jet is slightly heated (about 10°C) in order to stay in the passive scalar case. An improvement of the experimental facility has been done to obtain thermal boundary conditions compatible with the measurements of slight differences of temperature, imposed by the passive scalar. Conceming the metrology, hot and cold wire anemometry and thermometry are used, and all the anemometric devices are deve10pped and built in the labo Probes made with Wollaston wire (Pt-Rh) of O,351Lm diameter are coupled with an anemometer and a thermometer optimized to maximize the signal to noise ratio. The results are obtained both thanks to visualisations by fast camera shots for several velocity ratios (r between 3 and 12), and thanks to local hot and cold wire measurements, in the particular case oftwo velocity ratios (r = 3. 3 and 9. 4). Mixing properties of the scalar are studied by the plot of statistical values of velocity and temperature in different plans, perpendicurlarly to the three axis. The analysis of spectral densities of the signaIs on several typicallocations emphasizes sorne features of the dynamic behaviour of the jet.