Etude expérimentale des échanges convectifs locaux autour d'un arbre aileté en rotation et soumis à un courant d'air transversal

Experimental study of local convective exchanges on a rotating finned cylinder with air crossflow

• Auteur / Autrice : Benjamin Latour
• Direction : Souad Harmand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vélocimétrie par images de particules

Thermographie

Ailettes (technologie)

Résumé

Cette étude s'inscrit dans le cadre de l'optimisation énergétique des machines tournantes telles que les turbomachines, les moteurs électriques, les systèmes de freinage ou même les disques durs. Afin d'optimiser leurs géométries, l'analyse des échanges convectifs sur un cylindre aileté rotatif et soumis à un courant d'air s'est avérée nécessaire. Un dispositif expérimental permet de mesurer par thermographie infrarouge l'évolution spatio-temporelle de la température d'une ailette durant son refroidissement. Un modèle d'identification basé sur l'utilisation des méthodes inverses a été développé afin de déterminer les échanges convectifs locaux et moyens sur l'ailette. Les essais réalisés ont permis d'étudier l'influence relative de la convection forcée de rotation et de courant d'air sur les transferts de chaleur à la surface de l'ailette, pour différentes configurations. De plus, une étude sur l'efficacité des systèmes ailetés a été menée, permettant de déterminer un espacement inter-ailette optimal en fonction du couplage rotation/courant d'air. Pour finir, afin de comprendre les mécanismes contrôlant les échanges convectifs, une analyse de la dynamique de l'écoulement autour de l'ailette a été réalisée à partir de mesures obtenues par vélocimétrie par images de particules (PIV).

This study concerns energetic optimization of rotating devices like turbomachinery, electrical devices, brake disk and also computer-disk drives. In order to optimize their design, convective heat transfer around a rotating cylinder with airflow has been studied. An experimental setup, based on infrared thermography, allows to measure spatio-temporal temperature variations of a fin during its cooling. The local and mean convective heat transfer on the fin is identified by solving an inverse problem. The tests carried out allow analyzing the relative influences of the rotational and airflow forced convection on the heat transfer from thé fin surface, for different configurations. Moreover, finned System efficiency is evaluated in order to determine the optimal fin spacing according to rotation/airflow coupling. Finally, in order to understand the mechanisms which control convective heat transfer, flow fields around a fin are analyzed from particle imagery velocimetry (PIV) measurements.