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Thèse D. Brouilliot

19 juillet 2016

Étude expérimentale de l’aérothermique et de la dynamique des jets impactants

Thèse Denis Brouilliot

Sous réserve d’autorisation de soutenance par les rapporteurs

Mardi 12 septembre à 14 h 00

Amphithéâtre Nougaro

Résumé :

L’étude des jets impactants a fait l’objet d’une multitude de travaux depuis plusieurs dizaines d’années en raison de la variété des domaines d’applications. Il existe une grande diversité de jets tels que les jets axisymétriques et les jets bidimensionnels pour les plus classiques ou tels que les jets à géométrie lobée, c’est à dire des jets axisymétriques sur lesquels il a été appliqué un contrôle passif, pour les plus complexes.

Dans nos travaux, nous avons réalisé une étude fondamentale des jets plans confinés pour une gamme de faibles nombres de Reynolds. Nous avons étudié la stabilité des jets d’un fort confinement à un faible confinement. Nous avons ainsi pu établir une multitude d’interaction entre les modes de jets instationnaires et les modes de
cavités. L’utilisation d’un outil de mesure permettant un suivi temporel des écoulements nous a permis d’extraire ces différents modes globaux.

Dans le cadre d’études visant à optimiser les transferts thermiques sur la paroi impactée par le jet, nous avons réalisé plusieurs études sur l’influence des jets à géométrie lobée (contrôle passif) sur la dynamique en amont de la paroi d’impact et sur les transferts thermiques de la paroi impactée. Une première étude fondamentale
avait pour objectif de mettre en lumière les mécanismes en jeu dans la dynamique des jets et de mieux comprendre le lien entre les transferts thermiques et l’écoulement proche paroi. Nous avons été en mesure d’extraire les modes globaux de certains mécanismes et de montrer les capacités de transferts thermiques de plusieurs buses lobées face à ceux d’une buse axisymétrique. Deux études paramétriques des buses à géométrie lobée nous ont permis d’évaluer dans un premier temps, les effets des nombres de lobes et un second temps les effets de la forme des lobes sur les transferts thermiques. Ces études ont été menées à la fois sur les distances d’impact et sur les nombres de Reynolds. Nous avons ainsi pu émettre des hypothèses sur les
mécanismes à l’origine de l’amélioration des transferts thermiques.

Abstract :

Impacting jets has been widely studied by the scientific community since several decades. The main reason is the great variety of industrial application of these jets. This study concerns a wide variety of jets such as the axisymmetric jets and two-dimensional slotted jets for the more classic configurations or for a more complex situation, such as lobed jet geometry, i.e. axisymmetric jets on which a passive control has beed applied.

In our study, we performed a fundamental study of confined slot jets within a low Reynolds number range. The stability of confined slot jets has been studied with various confinement levels. We were able to observe multiple interactions between the unsteady jet modes and the cavity modes. Time-resolved measurement enabled us to extract these various global modes.

Regarding the studies performed to optimize heat transfer on impacted jets, we aimed at showing the influence of the lobed jet geometry (passive control) on the dynamic upstream of the impacted wall and the heat transfer associated to it. A first fundamental study aimed at highlighting the mechanism involved in the dynamics of these lobed jets and at understanding the relationship between heat transfer and
flow. We were able to extract global modes of some mechanisms and demonstrated the heat transfer capabilities of various lobed jet nozzle compared to those of an axisymmetric nozzle. Two parametric studies of lobed geometry enabled us evaluate (i) the effects of the number of lobes present and (ii) the effects of the shape of these
lobes on heat transfer. These studies were conducted both at several impacting distance and for several Reynolds numbers. We were able to emit hypothesis about the mechanisms behind the enhancement of heat transfer.


Composition du jury
 :

  • Directeur de thèse : David Lo Jacono
  • Rapporteur : Amina Meslem, professeur à l’université de Rennes
  • Rapporteur : Matthieu Fénot, maître de conférences à l’institut PPRIME de Poitiers
  • Examinateur : Pierre Brancher, professeur à l’université Paul Sabatier, Toulouse 3