Fluctuations de température en aval d'une jonction orthogonale d'écoulements turbulents de températures différentes
Auteur / Autrice : | Sébastien Menanteau |
Direction : | Jean-Luc Harion, Daniel Bougeard, Thierry Muller |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Mécanique et énergétique |
Date : | Soutenance le 20/03/2012 |
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 : Hassan Peerhossaini |
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Harion, Daniel Bougeard, Thierry Muller, Françoise Bataille, Laurent David, Marylise Caron-Charles, Sylvain Reynaud, Laurent Zimmer | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Françoise Bataille, Laurent David |
Mots clés
Résumé
La problématique associée à ce travail de thèse concerne la détermination des causes de fatigue thermique dans des conduites hydrauliques. Ce travail porte plus particulièrement sur l’étude d’une zone de mélange orthogonale dans laquelle débouchent deux écoulements à différentes températures et présentant des régimes dynamiques turbulents. Ce type de configuration est utilisé afin de favoriser la baisse de température de l’écoulement (ou l’augmentation de température selon les cas). Pour des valeurs élevées du nombre de Reynolds et des écarts de températures des écoulements en confluence, la charge thermique engendrée par les fluctuations pariétales de température peut entraîner la formation de fissures dans les canalisations.Pour faire face à ce problème, les méthodes de dimensionnement des conduites hydrauliques mettent en évidence la nécessité de connaître la charge thermique imposée sur la paroi sensible. Le besoin attendu en termes de caractérisation dynamique et thermique de ces écoulements est à l’origine de ce projet de recherche qui s’attache ainsi à déterminer pour une configuration industrielle simplifiée, les phénomènes dynamiques et thermiques instationnaires et tridimensionnels à proximité de la paroi. Pour cela, l’étude s’organise en deux phases. Une approche expérimentale, faisant appel à la vélocimétrie par images de particules et la thermographie infrarouge, est mise en oeuvre dans un écoulement turbulent à la jonction entre une conduite de section rectangulaire et un piquage cylindrique. L’étude expérimentale permet de mesurer l’effet de différents paramètres de l’écoulement (régime dynamique, rapport des vitesses de l’écoulement, écart de température). Une des configurations expérimentales est de plus modélisée par simulations des grandes échelles dans laquelle le transfert thermique conjugué entre le fluide et la paroi d’intérêt est pris en compte. Les champs statistiques de vitesse et température issus du calcul numérique sont comparés à la base de données expérimentale. L’analyse des mécanismes thermodynamiques près de la paroi et dans la paroi, est de plus réalisée au moyen des grandeurs statistiques de l’écoulement, des corrélations de vitesse-température et de l’enregistrement temporel de sondes numériques placées dans l’écoulement et dans la paroi.