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Contribution à la caractérisation expérimentale des transferts couplés en écoulement turbulent en conduite horizontale avec ou sans condensation / Experimental analyses of oupled transfer phenomena with or without condensation in a turbulent channel flow fied

Ce travail expérimental concerne l'analyse du transfert de chaleur au sem d'un écoulementturbulent d'air humide en présence ou non d'un phénomène de condensation. Pour cela, une souffleriespécifique a été conçue au sein du laboratoire afi n de générer un écoulement d'air contrôlé en vitesse,en température et en teneur en humidité. Cet écoulement traverse un canal d'étude rectangulairehorizontal dont les parois inférieures sont maintenues à température constante. Une première partie destravaux permet de décrire l'écoulement au se in du canal par l'analyse des champs de vitesse PlVmoyenne et fluctuante pour différents nombres de Reynolds (Re = 10056 à Re = 55333) et dedétailler les régimes dynamiques obtenus. Dans la zone pleinement turbulente, une attentionparticulière a été portée sur la caractérisation de la sous-couche visqueuse par PlV à haute résolutionspatiale. L'analyse fine du profil de température d'air en proche paroi permet d'estimer avec précisionle transfert convectif local. Les résultats obtenus sans changement de phase ne montrent pasd'influence de la teneur en humidité sur le flux convectif. Au-delà des résu ltats en milieu non-saturé,le phénomène de condensation est abordé. La visualisation du dépôt de vapeur d'eau condenséepermet d' identifier macroscopiquement les différents régimes de condensation (film, gouttes oumixte). L' analyse fine à échelle locale permet de définir différentes étapes de la condensation:développement par grossissement et par fusion entre plusieurs gouttes, mouvements de frontièresaprès fusion. Cette étude a été menée pour des substrats de nature et de conditions de mouillabilitédifférentes, ainsi que pour des taux d'humidité absolue variables. Enfin, l' identification de ces étapesest complétée par la quantification de la condensation à partir des mesures de masse condensée.Celles-ci sont exploitées pour estimer les flux de chaleur latente et pour comparer le comportement surdifférents substrats. / Heat transfer in a turbulent moist airflow field is under investigation with or without condensation phenomena. A dedicated experimental set-up was developed and with special attention was given to the control of mass flow rate, temperature and moisture content at inlet. Flow field then develops within a rectangular channel with thermal regulation at walls. Characteristic Reynolds number range studied is between 10 056 and 53 333 and average and fluctuating dynamic and thermal fields were depicted by PIV and thermocouple investigation respectively. In the turbulent region, a refined analysis was carried to characterize the sub-layer viscous region (from high-resolution PIV measurements) and temperature profiles at the very close vicinity of the wall allows one to locally estimate convective heat flux. Results underline that the degree of moisture of unsaturated humid air does not play any major role on the thermal flux exchanged. Beyond the saturation regime, condensation occurs and water vapor deposited along the flat horizontal wall is analyzed. Condensation is driven by several regimes (film-wise, dropwise and mixed) and within drop-wise condensation, size distribution as well as drop coalescence is detailed. Our analyses was carried on three substrates presenting different wettability conditions while moisture degree was considered as an additional parameter. Finally, the mass of condensed water was measured in time and latent heattransfer was estimated and compared between the different substrates.

Identiferoai:union.ndltd.org:theses.fr/2014ESMA0024
Date09 December 2014
CreatorsSakay, Danilo
ContributorsChasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, Plourde, Frédéric, Couton, Dominique
Source SetsDépôt national des thèses électroniques françaises
LanguageFrench
Detected LanguageFrench
TypeElectronic Thesis or Dissertation, Text

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