Etude experimentale de la dynamique des fluides et des transferts thermiques dans un ecoulement de dean alterne en regime d'advection chaotique

Experimental study of fluid dynamics and heat transfer of a twisted duct flow in chaotic advection regime

• Auteur / Autrice : Cathy Castelain
• Direction : Hassan Peerhossaini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Nantes

Résumé

L'objectif de cette etude est la caracterisation d'un nouveau procede de melange et de chauffage des fluides, obtenu en regime d'advection chaotique. Le principal mecanisme pour generer cet ecoulement est base sur la production de trajectoires spatialement chaotiques dans un ecoulement de dean alterne. Des mesures de vitesse par velocimetrie laser ont ete realisees afin de caracteriser l'ecoulement pour un fluide newtonien et un fluide pseudoplastique. Des visualisations par fluorescence induite par laser ont permis d'observer les structures des tourbillons. Les proprietes de transport macroscopique et l'aspect chaotique de l'ecoulement sont evalues en mesurant le temps de premiere apparition de taches de traceur dans differentes sections de l'ecoulement et en calculant leur centre de masse, leur perimetre par traitement d'images. Un element chauffant courbe instrumente avec 64 thermocouples et deux grilles de 33 thermocouples ont ete inseres dans la boucle experimentale afin de mesurer l'evolution des temperatures parietales dans le coude chauffant et des temperatures dans deux sections transversales apres celui-ci. Dans le but de determiner globalement l'augmentation du melange et du transfert de chaleur du a l'advection chaotique, un echangeur helicoidal et chaotique de meme surface d'echange ont ete testes. L'efficacite dans differentes conditions thermiques et hydrodynamiques a ete evaluee pour les deux configurations et est meilleure pour l'echangeur chaotique alors que les pertes de charge sont quasiment identiques. Une etude a ete realisee afin de comparer la nature du melange dans les deux systemes. En determinant experimentalement la distribution des temps de sejour, le coefficient de diffusion effective a ete evalue en utilisant un modele piston a dispersion axiale. Pour les nombres de reynolds etudies, la diffusion effective dans le systeme chaotique est plus faible que celle dans le systeme helicoidal