Étude expérimentale d’écoulements turbulents à effets de flottabilité dominants en milieu confiné comportant un obstacle partiellement chauffé - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2022

Experimental Study of Turbulent Buoyancy Driven Flows in an Enclosed Space with an Inner Obstacle Partially Heated

Étude expérimentale d’écoulements turbulents à effets de flottabilité dominants en milieu confiné comportant un obstacle partiellement chauffé

Alexandre Weppe
  • Function : Author
  • PersonId : 1162207
  • IdRef : 231152329

Abstract

This experimental thesis is a study of a turbulent buoyancy-driven flow within a cubic cavity which contains a cubic obstacle partially heated on one of its verticalface. The regimes of the confined air flow are representative of regimes encountered in nuclear and automotive sectors. In this work, two types of boundary conditions for the obstacle heated face are studied : (i) steady boundary conditions (ii) unsteady boundary conditions. In the air flow, temperature and wall flux measurements are carried out with a micro-thermocouple and velocity measurements are performed with particle image velocimetry (PIV). Thermal and dynamical analysis of the flow show a complex topology. In a steady regime, boundary layer flows, recirculation zones and an oscillating buoyant jet are notably observed. The jet oscillating frequency comes from a boundary layer instability. This instability is responsible for the transition to a turbulent regime. The unsteady regime study highlights the emergence and evolution of topological structures already observed in the steady regime study.
Ce travail de thèse expérimentale porte sur l’étude d’un écoulement turbulent à effets de flottabilité dominants au sein d’une cavité cubique comprenant un obstacle cubique partiellement chauffé sur l’une de ses faces verticales. Les régimes de l’écoulement d’air confiné sont représentatifs des régimes rencontrés dans les domaines automobile et nucléaire. Dans ce travail, deux types de conditions aux limites de la paroi chauffée de l’obstacle sont étudiés : (i) conditions aux limites stationnaires et (ii)conditions aux limites instationnaires. Des mesures de températures et de flux pariétaux par micro-thermocouple ainsi que des mesures de vitesses par vélocimétrie laser (PIV) sont effectuées côté fluide (air). Les analyses thermique et dynamique de l’écoulement révèlent une topologie complexe. En régime stationnaire apparaissent notamment des écoulements de couches limites, des zones de recirculation et un jet oscillant. Ce dernier bat à une fréquence qui provient d’une instabilité caractéristique de couche limite. Cette instabilité est responsable d’une transition vers un régime turbulent. L’étude du régime transitoire met en évidence l’émergence et l’évolution des structures topologiques déjà observées dans l’étude du régime stationnaire.

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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03771832 , version 1 (07-09-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03771832 , version 1

Cite

Alexandre Weppe. Étude expérimentale d’écoulements turbulents à effets de flottabilité dominants en milieu confiné comportant un obstacle partiellement chauffé. Autre. ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2022. Français. ⟨NNT : 2022ESMA0009⟩. ⟨tel-03771832⟩
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