La fenêtre pariéto-dynamique est un système « passif » de récupération de chaleur. Son principe de fonctionnement consiste à faire circuler l’air neuf de ventilation entre les lames de verre avant son introduction dans le volume habitable. Une partie de la chaleur traversant les vitrages est alors récupérée par l’écoulement d’air. La fenêtre Paziaud® est une fenêtre pariéto-dynamique particulière, composée de trois vitrages séparés par des lames d’air ventilées qui forment un conduit en U. Alors que la mise en place d’un système de ventilation double flux est complexe dans un contexte de réhabilitation, ce type de fenêtre présente une alternative intéressante moyennant un surcoût d’environ 20% par rapport à une fenêtre double vitrage classique mais permettant une récupération de chaleur non négligeable.Afin de caractériser les performances de la fenêtre Paziaud®, des études numériques et expérimentales ont été entreprises et ont confirmé le potentiel du dispositif. Par ailleurs, la prise en compte de ce genre de système dans les codes de simulation thermique des bâtiments n’est pas satisfaisante. Pour répondre à ce besoin, ont été développés plusieurs modèles simplifiés basés sur un bilan thermique représentable par analogie électrique. Une attention particulière a été portée sur le traitement des échanges convectifs dans les lames d’air. Les résultats ont permis de valider un modèle simplifié, qui pourra être utilisé par la suite dans un code de thermique de l’habitat. / The ventilated window is a passive system of heat recovery. It draws fresh air circulating between window’s glasses from the outside to the inside. A part of the heat which crosses the glasses is then recovered by the air flow. The Paziaud® window is composed of three glasses separated by ventilated air spaces in U-shape. While the implementation of a double-flow ventilation system for the housing retrofitting is complex, this Paziaud® window costs only 20% more than a conventional double-glazed window but improves significantly the heat recovery.In order to study the performance of the Paziaud® window, numerical and experimental works have been undertaken and have confirmed the potentiality of such windows. However, a thermal code able to take into account the heat exchange is not available for such system. Considering this lack of simulations, several simplified models based on electrical analogy have been developed. Particular attention is paid to the convective exchange process in the ventilated air spaces. The numerical results could validate a simplified thermal model which can be integrated to the building codes.

Cette thèse a pour but d'étudier le refroidissement des composants de puissance à l'aide de micro-échangeurs. A ce titre, il ne s'agit plus de systèmes de refroidissement rapportés, mais de dispositifs directement intégrés sous la partie active du silicium. Aussi, dans un premier temps, les caractéristiques électriques, thermiques et technologiques des composants de puissance sont rappelées. Deux modes de refroidissement sont considérés : la convection forcée simple phase et la convection forcée double phase. La convection forcée simple phase fait l'objet du deuxième chapitre. A partir d'une revue bibliographique, les corrélations de calcul du coefficient d'échange les plus adéquates aux microcanaux sont retenues. Une méthodologie de conception et de calcul est établie dans le but d'optimiser les dimensions des canaux en vue de minimiser la résistance thermique de l'assemblage ainsi que l'énergie nécessaire à la circulation du fluide. Enfin, la validité des méthodes de calcul est vérifiée à l'aide de mesures réalisées sur des prototypes monopuce. La convection forcée double phase est appréhendée de façon similaire. Une étude bibliographique permet de retenir les principes de calcul du transfert de chaleur, de la perte de pression, du flux critique les plus adaptés aux canaux de petits diamètres. De ces méthodes de calcul, une méthodologie de conception est également élaborée, méthodologie appliquée à la réalisation de prototype afin d'être validée.

Le but de l'étude présentée dans ce mémoire de thèse est de caractériser localement l'intensification des transferts thermiques observée le long d'une plaque chauffante lorsqu'elle est soumise à des ultrasons. Ces derniers induisent des effets hydrodynamique dans les fluides qu'ils traversent. Premièrement, la cavitation acoustique, qui permet de produire de forts effets mécaniques dans les liquides. Viens ensuite le courant acoustique qui génère une écoulement convectif sous l'action d'une dissipation visqueuse de l’énergie acoustique. Ce travaille à permis de mettre en évidence la relation existant entre ces effets hydrodynamiques et l'intensification des transferts thermiques observée. Ces résultats ont permis de définir quelles conditions expérimentales sont favorables à l'intégration d'ultrasons dans un échangeur de chaleur. / The aim of the study presented in this thesis is to characterize heat transfer enhancement by ultrasound observed along a hot plate in forced convection. These induced hydrodynamic effects in the fluids they cross. The first one is the acoustic cavitation, which can produce strong mechanical effects in liquids. The second one is the acoustic streaming which generates convective flows thanks to viscous dissipation of the acoustic energy. This work helped to highlight the relationship between ultrasound hydrodynamic effects and heat transfer enhancement. Thanks to those results, experimental conditions which allowed ultrasound integration in a heat exchangers, could be determined.

Ce travail s’inscrit dans le cadre de l’utilisation du dioxyde de carbone comme réfrigérant dans les systèmes de climatisation automobile en remplacement du HFC-134a. L’objectif est d’assurer le bon dimensionnement de l’évaporateur. Cela nécessite une étude du comportement de la vaporisation du CO2 dans les mini-canaux et la caractérisation expérimentale de l’échange de chaleur et de masse côté air assuré par des ailettes à persiennes. La vaporisation du CO2 est dominée par un régime d’ébullition nucléée offrant des coefficients d’échange très élevés et par un assèchement (disparition du film liquide en contact de la paroi) précoce. À partir de données expérimentales issues de la littérature, une méthode prédictive du coefficient d’échange de chaleur en fonction du titre en vapeur a été développée. Cette méthode combine des modèles de transfert de chaleur d’ébullition nucléée, d’évaporation convective et de post-assèchement. Du côté air de l’évaporateur, un travail expérimental a été mené pour étudier l’impact de l’humidité absolue sur la performance thermohydraulique des ailettes à persiennes. Il ressort qu’à partir d’un nombre de Reynolds relativement faible et en mode de déshumidification, l’augmentation de l’humidité absolue de l’air dégrade le coefficient d’échange de chaleur sensible alors que l’efficacité d’ailette reste quasiment inchangée. Enfin, tous ces résultats nous ont permis de développer un modèle de simulation du fonctionnement des évaporateurs à mini-canaux basé sur une discrétisation fine de l’échangeur ; c’est un outil précieux pour le dimensionnement et l’optimisation de tels échangeurs de chaleur. / This work deals with the use of carbon dioxide as refrigerant for automotive air conditioning systems in replacement of HFC-134a. The objective is to provide the right design of evaporators. For that, it is necessary to study the vaporization of CO2 inside minichannels and to characterize the heat and mass transfer on the air-side. CO2 vaporization is characterized by a predominant nucleate boiling, leading to high heat transfer coefficients, and an early dryout (disappearance of liquid film in contact with the wall). From experimental data found in the literature, a predictive method of heat transfer coefficient according to the vapor quality has been developed. This method combines heat transfer models of nucleate boiling, convective evaporation and post-dryout. On the air-side of the evaporator, an experimental work has been performed to study the impact of absolute humidity on the thermal-hydraulic performance of louvered fins. We noted that from a relatively low value of Reynolds number, in dehumidifying conditions, the increase in absolute humidity degrades the sensible heat transfer coefficient, while the fin efficiency remains almost unchanged. Finally, all these results allowed us to develop a numerical model of minichannels evaporator based on a fine discretization of the heat exchanger; it is a valuable tool for the design and optimization of such heat exchangers.

Le séchage des boues d'épuration est un problème environnemental actuel, qui n'est pas suffisamment décrit dans la littérature. Par conséquent, ce travail représente une étude numérique des transferts de chaleur et de masse lors du séchage solaire des boues d’épuration. Cette boue est assimilée à un milieu poreux et exposée à un écoulement laminaire de convection forcée à l'intérieur d'un canal horizontal. Les transferts dans le canal et le milieu poreux sont décrits respectivement par les équations classiques de la convection forcée et par le modèle de Darcy-Brinkman-Forchheimer. Une méthode implicite aux différences finies est utilisée pour discrétiser le système d'équations différentielles régissant les transferts. Les systèmes algébriques obtenus sont résolus en utilisant les algorithmes de Gauss, Thomas et Gauss-Seidel. Afin de déterminer la vitesse de séchage, nous associons à ces équations un modèle de cinétique de séchage. Ce modèle est basé sur le concept de la courbe caractéristique. Nous avons particulièrement étudié les effets des conditions climatiques et des conditions relatives à la boue sur les évolutions spatio-temporelles des nombres caractéristiques des transferts ainsi que sur la cinétique de séchage. Le travail est complété par des simulations en utilisant des données météorologiques réelles de la région de Tataouine au sud de la Tunisie. Ces données ont subi un traitement statistique à l’aide de la méthode de Liu et Jordan afin de déterminer la journée type de chaque mois. L’étude de rentabilité du séchoir a montré que la période estivale est la période optimale pour le séchage. / The drying of sewage sludge is a current environmental problem, not sufficiently described in the literature. Hence, the aim of this work is a numerical study of heat and mass transfers during solar drying of residual sludge. This sludge is assimilated to a porous medium and exposed to a forced convection laminar flow within a horizontal channel. The transfers in the channel and the porous medium are respectively described by the classic equations of forced convection and the Darcy-Brinkman-Forchheimer model. The implicit finite difference method is used to discretize the governing differential equation system. The algebraic systems obtained are solved using the Gauss, Thomas and Gauss-Seidel algorithms. To determine the drying rate, we associate a drying kinetics model. This model is based on the concept of the characteristic curve. We particularly studied the effects of climatic conditions (temperature, velocity and relative humidity of the ambient air as well as the solar radiation intensity) and the conditions relating to the sludge on the spatio-temporal evolutions of the transfers characteristic numbers as well as on drying kinetics. This work is completed by simulations using meteorological data from the Tataouine region in southern Tunisia. These data were statistically processed using the Liu and Jordan method to determine the typical day of each month. The rentability study of the dryer show that the summer period is the optimum period for drying.

Dans cette thèse, on présente une étude numérique de la convection forcée turbulente dans un dissipateur thermique muni d'une chicane transversale dans le by-pass. Le premier modèle est composé d’ailettes planes et le second consiste à ajouter des ailettes broches entre les ailettes planes. Les équations gouvernantes basées sur le modèle de turbulences k- SSt sont discrétisées et résolues par la méthode des volumes finis et l'algorithme SIMPLE. Les résultats dynamiques sont présentés en en termes de champs de vitesse, des profils de vitesse axiales dans des sections choisies ainsi que la perte de charge. L'étude thermique est présentée en terme de champs de température et de distribution du nombre de Nusselt. Un rapport entre les performances thermique et dynamique est présenté pour évaluer les différents dissipateurs thermiques. / In this thesis, we present an numerical study of turbulent forced convection in a heat sink provided with a transverse baffle in the bypass. The first model is composed of plates fins and the second consists of adding pin fins between the plates fins. The governing equations, based on the k- SSt turbulence model, are disscredized and solved by the finite volume method and the SIMPLE algorithm. Dynamic results are presented in terms of velocity fields, profiles of the axial velocities in selected sections and pressure drop. The thermal study is presented in terms of temperature fields and the distribution of Nusselt number. A ratio between the thermal and dynamic performances is presented to evaluate the different heat sinks.

Cette thèse a pour objectif d'étudier les potentialités des pompes électrocinétiques pour des applications de type refroidissement de composants de l'électronique de puissance. En effet, les pompes mécaniques utilisées aujourd'hui présentent des problèmes en terme de fiabilité, de bruit, de coût et de volume. Après une étude bibliographique et comparative entre les différentes pompes statiques fonctionnant à partir d'un champ électrique, nous avons choisi d'étudier plus en détail les pompes électro-osmotiques poreuses. Une modélisation de ce type de pompe a été proposée et validée expérimentalement. Nous avons également développé une formulation analytique de l'efficacité thermodynamique optimale d'une pompe électroosmotique poreuse. Deux types de fonctionnement ont été abordés dans cette thèse : une étude avec une tension continue et une autre étude avec une tension alternative. Nous avons mis en oeuvre la pompe fonctionnant en alternatif dans une boucle de refroidissement diphasique. Une densité de flux de 100W/cm2 a pu être évacuée. D'autres applications industrielles de la pompe électro-osmotique ont également été envisagées.

La présente étude vise à comprendre les écoulements ainsi que les transferts de chaleur par convection dans une configuration représentative d’un moteur de traction automobile. La zone d’étude est constituée d’un stator extérieur lisse et fixe et d’un rotor intérieur tournant. Deux géométries de rotor ont été étudiées : un rotor cylindrique et un rotor encoché. Un écoulement axial est superposé à l’écoulement produit par la rotation. Pour le rotor lisse, des mesures ont été réalisées pour des valeurs du nombre de Reynolds axial de 2500 à 13900 et de rotation de 1250 à 4000. Pour le rotor encoché, le nombre de Reynolds axial varie également de 2500 à 13900 et le nombre de Reynolds de rotation de 5000 à 26000. Les mesures de vitesse réalisées par PIV au sein des encoches montrent un écoulement tourbillonnaire contrarotatif complexe. Dans la zone d’entrée, on peut noter une forte interaction entre l’écoulement des encoches et celui provenant des zones polaires. Les résultats thermiques obtenues par thermographie infrarouge sur le rotor encoché montrent que les transferts thermiques augmentent avec l’augmentation du nombre de Reynolds axial mais l’influence de la vitesse de rotation est plus complexe. Enfin, la comparaison des résultats thermiques entre rotors lisse et encoché, a permis de mieux comprendre l’effet des encoches sur le refroidissement global. / The present work aimed to experimentally study the flow and heat transfer in a configuration corresponding to the gap of an automotive electrical motor (a thin airlayer between the rotating (rotor) and stationary (stator) parts.) Two rotor geometries are studied: one cylindrical and the other one with four slots which reproduce a synchronous motor used in automotive traction. An axial flow is superimposed to the rotation flow thanks to a ventilation system. The two most important parameters are axial Reynolds number and rotational Reynolds number. Velocity measurements are performed by PIV and heat transfer by infrared thermography coupled with heated thin foils. A complex counter rotational vortex flow has been recorded in the slots. Moreover, this slot flow seems to interact with the pole flow in the inlet region. This interaction seems to disappear rapidly after entrance area. Heat transfer rate is 3D, with great differences between the two slots faces and the pole. Classically, heat transfer rate grows with increasing axial Reynolds number. The relation between heat transfer rate and rotation Reynolds number is more complex

Cette thèse porte sur la caractérisation expérimentale et la simulation numérique d’une configurationde jet rond en impact peu rencontrée dans la littérature : un jet chauffé issu d’une conduitepleinement développée à un haut nombre de Reynolds (ReD = 60 000) impacte normalement uneparoi située à trois diamètres en aval. Le premier volet de ce travail est dédié à la génération d’unebase de donnée expérimentale à l’aide de plusieurs moyens de mesure, avec pour objectif de caractériserà la fois la dynamique et la thermique de l’écoulement. Les techniques complémentaires devélocimétrie laser à franges (LDV) et vélocimétrie par image de particules (S-PIV) ont été mises àprofit pour la caractérisation du champ de vitesse et du tenseur de Reynolds tandis que les champsde température moyenne et fluctuante ont été mesurés à l’aide d’un fil froid. Enfin, les échangesthermiques au niveau de la paroi ont été obtenus par la méthode inverse de thermographie en facearrière (ThEFA). En plus de fournir une base de donnée très complète nécessaire à la validation dessimulations numériques, ces mesures ont également permis de mettre en évidence l’organisation àgrande échelle de l’écoulement, avec la présence de grandes structures tourbillonnaires dont la fréquencede passage correspond au mode colonne du jet libre et qui s’approchent de la paroi d’impactaux alentours du second maximum observé dans la distribution des échanges pariétaux. Le secondvolet concerne les simulations numériques visant à reproduire la configuration expérimentale. Deuxapproches ont été évaluées : l’approche RANS pour quantifier la pertinence des modèles utilisés parles industriels et l’approche LES, plus coûteuse, mais donnant accès aux propriétés instationnaireset tridimensionnelles de l’écoulement. Les simulations RANS ont montré que les modèles reconnuscomme les plus performants pour ce type de configuration sont incapables de prévoir correctementle niveau des échanges pariétaux. Ils sont, en revanche, bien reproduits par la simulation LES. Lesdonnées obtenues ont été mises à profit pour mieux comprendre les mécanismes liés à l’apparitiondu second maximum. Cette analyse a mis en avant le rôle des « points chauds ». Seuls certains d’entreeux ont pu être reliés à la présence de régions « décollées » tandis que la majorité est associée à desstructures allongées dans la direction de l’écoulement. / This thesis is dedicated to the experimental characterisation and the numerical simulations ofa round impinging jet configuration seldom dealt with in the literature : a heated jet issues from apipe fully developed pipe at a high Reynolds number (ReD = 60 000) and normally impinges a platelocated three diameters downstream. The first part of this work is directed towards the generationof an experimental database by means of several measurement techniques in order to characteriseboth the dynamical and thermal flow features. The complementary techniques of laser Doppler velocimetry(LDV) and particle image velocimetry (S-PIV) allowed for the velocity and Reynolds tensorfield characterisation. The mean and fluctuating temperature fields were measured through cold-wirethermometry. Finally, the plate heat transfer distribution was obtained through the inverse methodof « rear face thermography » (ThEFA). The gathered data not only provided a comprehensive databasenecessary to validate numerical simulations but also permitted to highlight the large-scale floworganisation, with the presence of large vortices shedding at the free jet preferred mode and closelyapproaching the plate in the vicinity of the secondary peak observed in the heat transfer distribution.The second part of this thesis focuses on the numerical simulations aiming at reproducing the experimentalconfiguration. Two approaches were evaluated : the RANS approach in order to quantifythe relevance of industrial turbulence models and the Large-Eddy Simulation, more expensive, butproviding the 3D unsteady flow features. The RANS simulations showed that the models recognisedas the most efficient for this kind of configuration are unable to correctly predict the heat transferlevels. They are, on the other hand, well reproduced by the LES. The generated data allowed for betterunderstanding of the mechanisms leading to the secondary peak. This analysis highlighted theprominent role of the "hot spots", where only some of them can be related to « separated » regions,while the majority are associated with streamwise elongated structures.

De par son fort pouvoir énergétique, la combustion des particules d'aluminium dans les moteurs à propergol solide permet d'accroître les performances des gros lanceurs spatiaux tel Ariane 5. Ces particules d'aluminium brûlent dans un environnement gazeux constitué essentiellement de H2O, CO2, N2, HCl, H2, et CO, à haute pression (P=60-70 atm) et haute température (T>3000 K). Dans le présent travail, nous nous sommes particulièrement intéressés à l'influence de l'atmosphère gazeuse sur les différents processus de combustion se déroulant à la fois en phase gazeuse et à la surface de la goutte d'aluminium. Nous avons pour cela développé un dispositif expérimental permettant de décrire précisément avec de multiples techniques et moyens d'analyse (caméra rapide, pyrométrie, spectrométrie, MEB, activation nucléaire) la combustion de gouttes d'aluminium millimétriques en lévitation aérodynamique dans des atmosphères oxydantes proches des conditions réelles dans les propergols (H2O, CO2, N2). Il en ressort que chaque espèce joue un rôle différent dans la combustion de l'aluminium. La vapeur d'eau est prépondérante dans les processus en phase gazeuse grâce à la production d'hydrogène qui facilite la diffusion de chaleur et de matière entre la flamme et la goutte. L'azote est essentiellement impliqué dans les réactions de surface avec la formation de nitrure d'aluminium (AlN) et d'oxynitrure d'aluminium (AlON) qui peuvent aboutir au recouvrement complet de la goutte et à l'arrêt de la combustion en phase gazeuse. Le dioxyde de carbone a un effet double. D'une part, CO2 brûle dans la flamme mais est moins efficace que H2O du fait des moins bonnes propriétés de transport de chaleur et de matière du CO en comparaison de H2. D'autre part, il se produit un phénomène de dissolution de carbone dans la goutte d'aluminium pendant la combustion qui peut atteindre des concentrations telles (20-25% molaire) qu'il peut entraîner un rejet de carbone à la surface aboutissant également à l'arrêt de la combustion en phase gazeuse.