Caractérisation expérimentale de l'effet de la masse volumique et du confinement sur un jet axisymétrique impactant : application à l'optimisation d'un brûleur domestique à induction atmosphérique

Experimental study on density ratio and confinement effects on the flow field of axisymmetric impinging jets : application to the optimisation of an atmospheric induction domestic burner

• Auteur / Autrice : Isabelle Serres
• Direction : Brahim Sarh
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique. Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Orléans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluorescence induite par laser

Jets

Résumé

Cette étude a été initiée en collaboration avec un industriel dans le but d'optimiser la conception de brûleurs domestiques à induction atmosphérique (brûleurs de gazinière) et d'améliorer leurs performances énergétiques. La contribution principale de l'étude est d'apporter une meilleure compréhension des phénomènes gouvernant l'écoulement dans le brûleur, les processus de mélange et l'entraînement de l'air ambiant, pour les différentes conditions de fonctionnement. Nous caractérisons l'écoulement dans un brûleur réel, puis dans un modèle simplifié transparent modulaire qui permet d'étudier des configurations du jet libre au jet impactant confiné à masse volumique variable et améliore l'accessibilité optique en vue de l'utilisation de diagnostics laser. Le champ dynamique de l'écoulement est obtenu à partir de la LDA et de la PIV. Pour ce dernier, un dispositif original d'ensemencement de l'air ambiant a été mis au point pour caractériser l'entraînement. Des expériences de LIF ont permis d'établir le champ de fraction de mélange. Les grandeurs caractéristiques moyennes de l'écoulement sont déterminées en fonction de paramètres géométriques et du rapport des masses volumiques du gaz injecté et de l'air ambiant (1 et 0,55), et ce dans deux régimes d'écoulement (faiblement turbulent et laminaire). Un mélange inerte constitué à parts égales d'hélium et d'azote simule une injection de méthane, de même rapport de masse volumique. Entre les différentes conditions expérimentales, le flux initial de quantité de mouvement est conservé. L'entraînement est quantifié pour chacune des configurations expérimentales. L'existence de deux sources d'entraînement est mise en évidence lorsque le jet impacte sur une plaque, une première liée à la force d'aspiration du jet injecteur, la seconde liée au développement du jet de paroi et à la dépression, tous deux créés par l'impact. Cette seconde source est celle qui gouverne le processus d'entraînement dans le brûleur.