La thèse traite de la simulation numérique de jets d’air lobés pour l’optimisation des Unités Terminales de Diffusion de l’Air pour le bâtiment. Il est présenté tout d’abord une analyse bibliographique exhaustive sur les jets d’air et sur les moyens passifs de leur contrôle. Vient ensuite un exposé des principes de la modélisation des écoulements turbulents. Sur la base des précédents éléments, nous abordons la phase de simulation et d’analyse de jets d’air lobés en trois parties. La première partie traite de la simulation d’un jet d’air libre à très faible nombre de Reynolds (Reynolds 800) en régime instationnaire. Dans cette étude, nous avons présenté plusieurs cas tests de simulation d’un jet d’orifice en forme de croix que nous avons confrontés à des résultats expérimentaux. Du point de vue quantitatif, la simulation du quart du jet a permis d’obtenir des caractéristiques globales assez satisfaisantes. Pour détecter d’une façon significative l’instationnarité du jet, il a été nécessaire de simuler la totalité du jet, mais ceci a été fait au détriment du nombre de mailles dans le domaine de calcul, ce qui conduit par conséquent à des résultats quantitativement inappropriés. La deuxième partie simule le même jet d’air mais en régime turbulent (Reynolds 3000). Sept modèles de turbulence ont été confrontés à des résultats expérimentaux. Nous montrons la pertinence du modèle RSM (Reynolds Stress Model) pour la prédiction de l’écoulement. La dernière partie est dédiée à la simulation de jets d’air turbulents en interaction. Cette partie se décline en trois études successives et complémentaires. La première a pour objet de rechercher le modèle de turbulence le plus pertinent capable de reproduire les phénomènes et les grandeurs utiles à l’application visée. La conclusion est qu’aucun des modèles de turbulence évalués n’est capable de prédire l’ensemble des caractéristiques dynamiques de l’écoulement de jets lobés en interaction. Cependant, parmi ces modèles, SST apparait nettement supérieur dans la prédiction de l’interaction des jets, de l’expansion dynamique globale et de l’entrainement de l’air ambiant lorsque l’écoulement est résolu à travers le diffuseur lobé. Sur la base des grandeurs dynamiques pertinentes identifiées et dont la prédiction par le modèle SST est jugée satisfaisante, nous entreprenons dans la suite une analyse de l’influence de la géométrie du lobe sur la capacité d’induction de l’écoulement. Un lobe de forme arrondie est alors trouvé plus avantageux qu’un lobe à angles droits. Enfin, la dernière étude s’intéresse à l’effet de la disposition et de l’espacement des orifices lobés sur les grandeurs globales de l’écoulement. Une solution géométrique permettant l’augmentation de la transparence de l’Unité Terminale de Diffusion de l’Air lobée est alors proposée. Elle devra être testée expérimentalement en conditions réelles, dans la cellule test échelle 1 thermiquement gardée nouvellement construite au LEPTIAB. / The thesis deals with the numerical simulation of lobed air jets for the optimization of Air Diffusion Terminal Units for buildings. First is presented a comprehensive literature review of the air jets and of the passive means of flow control. The manuscript continues with the principles of modeling of turbulent flows. Based on the previous considerations, we discuss the simulation and analysis of the air lobed jets following three parts. The first part deals with the simulation of an air jet at very low Reynolds number (Reynolds 800) in the unsteady regime. In this study, we presented several test cases of simulation for a cross-shaped orifice jet that we have confronted with experimental results. From the quantitative point of view, the simulation of a quarter of the jet’s section has yielded reasonably good results for the global characteristics of the flow. In order to detect in a significant way the unsteadiness of the jet, it was necessary to simulate the entire jet, but this was done at the expense of the number of cells in the computational domain, which consequently leaded to inappropriate quantitative results. In the second part we simulated the same air flow but in the turbulent regime (Reynolds 3000). Seven turbulence models have been confronted with experimental results. We show the relevance of the RSM turbulence model (Reynolds Stress Model) for predicting the flow.The last part is dedicated to the simulation of turbulent air jet in interaction. This part is divided into three successive and complementary studies. The first one was dedicated to find which turbulence model can reproduce most relevant phenomena and variables to the concerned application. The conclusion is that none of the turbulence models was able to predict all the dynamic features of the lobed jet flows in interaction. However, of these models, SST appears to be significantly better for the prediction of the interaction of the jets, the global dynamical expansion and the entrainment of the ambient air when the flow is numerically resolved through the lobed diffuser. On the basis of relevant dynamic quantities well predicted by the SST turbulence model, we undertake in the following part an analysis of the influence of the geometry of the lobe on the ability of the flow to entrain. A rounded lobe is then found to be more advantageous than a lobe with right angles. The final study examines the effect of the arrangement and spacing of the lobed orifices on the global quantities of the flow. A geometric solution allowing to increase the transparency of the lobed Air Diffusion Terminal Unit is then proposed. This solution should be tested experimentally in real conditions, in the new full scale model room constructed at LEPTIAB.

La thèse traite de la simulation numérique de jets d'air lobés pour l'optimisation des Unités Terminales de Diffusion de l'Air pour le bâtiment. Il est présenté tout d'abord une analyse bibliographique exhaustive sur les jets d'air et sur les moyens passifs de leur contrôle. Vient ensuite un exposé des principes de la modélisation des écoulements turbulents. Sur la base des précédents éléments, nous abordons la phase de simulation et d'analyse de jets d'air lobés en trois parties. La première partie traite de la simulation d'un jet d'air libre à très faible nombre de Reynolds (Reynolds 800) en régime instationnaire. Dans cette étude, nous avons présenté plusieurs cas tests de simulation d'un jet d'orifice en forme de croix que nous avons confrontés à des résultats expérimentaux. Du point de vue quantitatif, la simulation du quart du jet a permis d'obtenir des caractéristiques globales assez satisfaisantes. Pour détecter d'une façon significative l'instationnarité du jet, il a été nécessaire de simuler la totalité du jet, mais ceci a été fait au détriment du nombre de mailles dans le domaine de calcul, ce qui conduit par conséquent à des résultats quantitativement inappropriés. La deuxième partie simule le même jet d'air mais en régime turbulent (Reynolds 3000). Sept modèles de turbulence ont été confrontés à des résultats expérimentaux. Nous montrons la pertinence du modèle RSM (Reynolds Stress Model) pour la prédiction de l'écoulement. La dernière partie est dédiée à la simulation de jets d'air turbulents en interaction. Cette partie se décline en trois études successives et complémentaires. La première a pour objet de rechercher le modèle de turbulence le plus pertinent capable de reproduire les phénomènes et les grandeurs utiles à l'application visée. La conclusion est qu'aucun des modèles de turbulence évalués n'est capable de prédire l'ensemble des caractéristiques dynamiques de l'écoulement de jets lobés en interaction. Cependant, parmi ces modèles, SST apparait nettement supérieur dans la prédiction de l'interaction des jets, de l'expansion dynamique globale et de l'entrainement de l'air ambiant lorsque l'écoulement est résolu à travers le diffuseur lobé. Sur la base des grandeurs dynamiques pertinentes identifiées et dont la prédiction par le modèle SST est jugée satisfaisante, nous entreprenons dans la suite une analyse de l'influence de la géométrie du lobe sur la capacité d'induction de l'écoulement. Un lobe de forme arrondie est alors trouvé plus avantageux qu'un lobe à angles droits. Enfin, la dernière étude s'intéresse à l'effet de la disposition et de l'espacement des orifices lobés sur les grandeurs globales de l'écoulement. Une solution géométrique permettant l'augmentation de la transparence de l'Unité Terminale de Diffusion de l'Air lobée est alors proposée. Elle devra être testée expérimentalement en conditions réelles, dans la cellule test échelle 1 thermiquement gardée nouvellement construite au LEPTIAB.

L'étude des jets impactants a fait l'objet d'une multitude de travaux depuis plusieurs dizaines d'années en raison de la variété des domaines d'applications. Il existe une grande diversité de jets tels que les jets axisymétriques et les jets bidimensionnels pour les plus classiques ou tels que les jets à géométrie lobée, c'est à dire des jets axisymétriques sur lesquels il a été appliqué un contrôle passif, pour les plus complexes. Dans nos travaux, nous avons réalisé une étude fondamentale des jets plans confinés pour une gamme de faibles nombres de Reynolds. Nous avons étudié la stabilité des jets d'un fort confinement à un faible confinement. Nous avons ainsi pu établir une multitude d'interaction entre les modes de jets instationnaires et les modes de cavités. L'utilisation d'un outil de mesure permettant un suivi temporel des écoulements nous a permis d'extraire ces différents modes globaux. Dans le cadre d'études visant à optimiser les transferts thermiques sur la paroi impactée par le jet, nous avons réalisé plusieurs études sur l'influence des jets à géométrie lobée (contrôle passif) sur la dynamique en amont de la paroi d'impact et sur les transferts thermiques de la paroi impactée. Une première étude fondamentale avait pour objectif de mettre en lumière les mécanismes en jeu dans la dynamique des jets et de mieux comprendre le lien entre les transferts thermiques et l'écoulement proche paroi. Nous avons été en mesure d'extraire les modes globaux de certains mécanismes et de montrer les capacités de transferts thermiques de plusieurs buses lobées face à ceux d'une buse axisymétrique. Deux études paramétriques des buses à géométrie lobée nous ont permis d'évaluer dans un premier temps, les effets des nombres de lobes et un second temps les effets de la forme des lobes sur les transferts thermiques. Ces études ont été menées à la fois sur les distances d'impact et sur les nombres de Reynolds. Nous avons ainsi pu émettre des hypothèses sur les mécanismes à l'origine de l'amélioration des transferts thermiques. / Impacting jets has been widely studied by the scientific community since several decades. The main reason is the great variety of industrial application of these jets. This study concerns a wide variety of jets such as the axisymmetric jets and two-dimensional slotted jets for the more classic configurations or for a more complex situation, such as lobed jet geometry, i.e. axisymmetric jets on which a passive control has beed applied. In our study, we performed a fundamental study of confined slot jets within a low Reynolds number range. The stability of confined slot jets has been studied with various confinement levels. We were able to observe multiple interactions between the unsteady jet modes and the cavity modes. Time-resolved measurement enabled us to extract these various global modes. Regarding the studies performed to optimize heat transfer on impacted jets, we aimed at showing the influence of the lobed jet geometry (passive control) on the dynamic upstream of the impacted wall and the heat transfer associated to it. A first fundamental study aimed at highlighting the mechanism involved in the dynamics of these lobed jets and at understanding the relationship between heat transfer and flow. We were able to extract global modes of some mechanisms and demonstrated the heat transfer capabilities of various lobed jet nozzle compared to those of an axisymmetric nozzle. Two parametric studies of lobed geometry enabled us evaluate (i) the effects of the number of lobes present and (ii) the effects of the shape of these lobes on heat transfer. These studies were conducted both at several impacting distance and for several Reynolds numbers. We were able to emit hypothesis about the mechanisms behind the enhancement of heat transfer.