Thèse soutenue

Analyse des structures tourbillonnaires et des mécanismes de transfert thermique dans les échangeurs de chaleur multi-rangs de tubes ailetés : Amélioration et optimisation des performances thermoaérauliques
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Auteur / Autrice : Jules Voguelin Simo Tala
Direction : Jean-Luc Harion
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique
Date : Soutenance le 27/03/2012
Etablissement(s) : Valenciennes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord ; 1994-...)
Pôle de recherche et d'enseignement supérieur (PRES) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
Jury : Président / Présidente : Larbi Labraga
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Harion, Jérôme Bellettre, Philippe Marty, Daniel Bougeard, Joël Lallier, Herveline Robidou Gaborieau, Serge Russeil
Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Bellettre, Philippe Marty

Résumé

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Dans cette thèse, nous analysons l’écoulement et les transferts thermiques convectifs dans des modèles géométriques d’échangeurs de chaleur multi-rangs de tubes à ailettes planes continues. Dans un premier temps, les phénomènes Aérauliques qui s’y développent sont mis en évidence par des mesures PIV et LDA. Une étude locale de la génération, du développement, de l’évolution spatiale etde la dissipation des enroulements tourbillonnaires produits dans l’échangeur est effectuée. Dans un second temps, des simulations numériques U-RANS sont réalisées et validées par comparaison de la structuration de l’écoulement et de la dynamique tourbillonnaire aux mesures expérimentales. Dansun troisième temps, l’influence de ces tourbillons sur le transfert thermique est mise en exergue. Les performances d’échange sont caractérisées selon une analyse de synergie entre le champ de vitesse, les gradients de vitesse et de température ainsi qu’en évaluant les irréversibilités thermoaérauliques produites dans l’écoulement. Dans un quatrième temps, une analyse de l’influence de la forme du tube sur les performances thermoaérauliques locales et globales de l’échangeur est effectuée selon le premier et le second principe de la Thermodynamique. Les transferts thermiques, les pertes visqueuses ainsique les taux de production d’entropie thermique et visqueuse dans le fluide sont évalués. Enfin une méthode d’optimisation géométrique globale basée sur l’analyse factorielle de TAGUCHI est utilisée pour sélectionner les paramètres les plus influents sur les performances thermoaérauliques globales dans l’optique d’une conception optimisée des surfaces d’échange pour une application à la climatisationferroviaire.