Etude expérimentale de la diffusion de la chaleur en aval d'une source linéaire placée dans une allée de Benard-Von Karman

par Franck Weiss

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Pierre Paranthoën.

Soutenue en 1999

à Rouen .


  • Résumé

    Ce travail expérimental concerne l'étude de la diffusion de la chaleur en aval d'une source linéaire continue placée dans le proche sillage d'un cylindre circulaire générant une allée de tourbillons de Benard-Von Karman. Ces résultats expérimentaux présentent les champs de vitesse et de température pour plusieurs positions de source sur et en dehors de la ligne centrale du sillage. Ces champs ont été mesurés simultanément ou successivement au moyen de la VDL à deux composantes et d'un fil froid sur des distances en aval de la source correspondant au champ proche. L'utilisation simultanée de la VDL et d'un fil froid nous a conduit à étudier les effets de contamination du fil froid par la présence de particules sur sa surface. La contamination est le fait d'un nombre constant de gouttes dont le diamètre augmente avec le temps d'exposition. La fonction de transfert du fil froid décroit dans une gamme de fréquences caractéristiques de l'inverse de la constante de temps des gouttes. Ce travail a permis également de résoudre le problème du choix de la source afin d'éviter l'apparition de phénomènes de contrôle. L'étude a été menée principalement à un nombre de Reynolds Re = Re C + 15, avec une source de chaleur 100 fois plus petite en diamètre que le cylindre principal, placée à une section située à 5d. Selon les positions de source y s, les processus de diffusion et de mélange évoluent vers une situation asymptotique où la chaleur marque l'ensemble du sillage lointain. Les caractéristiques lagrangiennes de l'écoulement montrent en particulier une croissance initialement linéaire de la variance. La modélisation du moment v' par une diffusion par gradient n'est pas probante mais permet de retrouver des diffusivités environ six fois plus élevées que la diffusivité moléculaire. Ces valeurs sont comprises entre celles qui résulteraient des effets d'un tourbillon ou d'un étirement pur. Un nombre de Prandtl propre a l'allée de BVK est également défini.


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