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Conférence Stéphane Roux le 26 mars

27 février 2012

Contribution expérimentale à l’aérothermie d’un jet en impact forcé acoustiquement.

Stéphane Roux, post-doc au Laboratoire de Mécanique de Lille

lundi 26 mars 2012,10h
Amphithéâtre Nougaro

Résumé :

La compréhension des mécanismes mis en jeu lors des transferts de chaleur entre un jet et une plaque d’impact est d’une importance stratégique pour les motoristes aéronautiques. En effet, soumis à des contraintes thermiques de plus en plus élevées, les aubes et collecteurs de turbines nécessitent un refroidissement de plus en plus efficace. Les industriels utilisent généralement pour leur dimensionnement des corrélations empiriques entre le nombre de Reynolds et le nombre de Nusselt, qui ne prennent donc en compte que l’écoulement moyen. Cependant, l’expérience montre que pour une bonne description des transferts thermiques à la paroi, la connaissance du nombre de Reynolds seul ne suffit pas.
Une étude expérimentale aérodynamique et thermique de l’impact d’un jet rond unique sur une paroi plane a alors été menée. Un haut-parleur permet de moduler la vitesse du jet en sortie de buse.
Des mesures de vitesse par PIV montrent que le forçage amplifie les structures tourbillonnaires dans la couche de mélange du jet. Selon le forçage, ces tourbillons peuvent être très stables ou donner lieu à des interactions régulières entre tourbillons. Des décompositions triples de vitesse montrent que les contributions moyennes, cohérentes et stochastiques de l’écoulement peuvent être adaptées en fonction de la fréquence et de l’amplitude du forçage acoustique.
Les fluctuations de pression associées à ces tourbillons sur la plaque d’impact ont été mesurées et évaluées à l’aide d’un formalisme intégral pour la pression.
Les transferts de chaleur moyens par convection entre le jet et la paroi d’impact révèlent deux principaux effets du forçage acoustique sur les variations radiales du nombre de Nusselt pour une petite distance d’impact. L’effet de l’impact du cône potentiel du jet sur la paroi disparaît lorsque le forçage acoustique conduit à une augmentation importante des niveaux de turbulence sur l’axe du jet. Le lobe secondaire de transferts de chaleur est déplacé et
atténué par le forçage acoustique.
Des mesures de températures pariétales fluctuantes mettent en évidence deux modes de propagation des fluctuations de température sur la plaque d’impact. Le premier est indépendant du forçage acoustique et correspond à une propagation par filaments. Le second est lié à la convection des tourbillons sur la plaque d’impact et correspond à la propagation radiale de fronts chauds et froids.