Contribution expérimentale à l'étude d'écoulements internes avec swirl

Experimental contribution to study of internal swirling flows

• Auteur / Autrice : Hadrien Bauduin
• Direction : Sylvain Lalot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 13/06/2014
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de thermique, écoulement, mécanique, matériaux, mise en forme, production (Valenciennes, Nord ; 2010-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Pôle de recherche et d'enseignement supérieur (PRES) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : François Monnoyer de Galland
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Lalot, Fawaz Massouh, Camille Solliec, Jean-Marie Buchlin, Laurent Keirsbulck, François Beaubert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fawaz Massouh, Camille Solliec

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tourbillons (mécanique des fluides)

Polarographie

Reynolds, Nombre de

Échangeurs de chaleur -- Encrassement

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Écoulements internes

Conduites circulaires

Frottement pariétal

Swirl.

Internal flows

Circular pipes

Wall shear stress

Swirl.

Résumé

Ce travail expérimental s’intéresse à l’écoulement en aval d’un swirler statique court. L’induction d’un mouvement de swirl est une solution connue pour augmenter le gradient pariétal de vitesse. L’augmentation du frottement pariétal présente un intérêt industriel dans les échangeurs de chaleur pour accroître leurs potentiels de transfert de chaleur et diminuer leurs vitesses d’encrassement. Nous proposons d’approfondir la connaissance des écoulements avec swirl décroissant à faibles nombres de Reynolds pour lesquels l’intérêt énergétique est a priori plus important. Dans un premier temps, le champ d’écoulement est caractérisé à l’aide de méthodes optiques, pour identifier le type de tourbillon caractérisant le swirl. Dans un second temps, la méthode électrochimique est utilisée pour mesurer le frottement pariétal instationnaire. Par analogie, ces mesures permettent d’obtenir une première estimation du transfert de chaleur en écoulement anisotherme.

This experimental work is interested in understanding the flow downstream a short static swirler. Inducing a swirl motion is a known solution to increase the wall velocity gradient. The increase in wall shear stress is useful in industrial heat exchangers in order to enhance their heat transfer capabilities and reduce their fouling rates. We try to go deeper into knowledge of decaying swirl flows, for low Reynolds number for which energy interest is greater a priori. First, we study the flow field with optical methods in order to identify type of vortex characteristics of the swirl. Second, electrochemical method is used to measure the unsteady wall shear stress. By analogy, these measurements give a first estimate of the heat transfer for the case of non-isothermal flows.