Caractérisation de l'influence des instabilités de surface d'un film d'eau ruisselant sur le transfert de chaleur pariétal

Les films d'eau ruisselants sont utilisés dans un grand nombre d'applications industrielles. Ils permettent en impliquant une faible masse de fluide d'obtenir des transferts de chaleur importants. En général, ces films sont sujets à des instabilités de surface. Nous proposons ici une étude de l'influence de celles-ci sur le transfert convectif pariétal. Le problème est abordé numériquement en utilisant un maillage mobile épousant la forme de la surface libre. Une étude statistique nous permet de conclure sur l'importance des fluctuations de hauteur du film sur le flux pariétal transféré

Elaboration d'une loi d'échange convectif dans le cas d'une compression d'air par piston liquide

Ces travaux portent sur la mise au point d'une corrélation d'échange convectif adaptée à la compression quasi isotherme d'air par piston liquide. Cet échange thermique entre l'air et les parois de la chambre de compression est déterminant pour limiter l'élévation de la température de l'air au cours de la compression et ainsi se rapprocher de l'isothermicité. La recherche de la corrélation est basée sur une étude dimensionnelle du système complétée par un ensemble de mesures effectuées sur un banc d'essai. Un travail d'optimisation est ensuite réalisé pour déterminer les valeurs des coefficients de cette corrélation permettant de reproduire le plus fidèlement possible l'évolution de l'échange thermique dans la chambre de compression

ETUDE EXPERIMENTALE D'UN JET PLAN EN IMPACT ANALYSE PARAMETRIQUE ET CARACTERISATION DES TRANSFERTS DE MASSE

NANTES-Ecole Centrale (441092306) / SudocNANTES-BU Sciences (441092104) / SudocSudocFranceF

Etude expérimentale du comportement des aérosols et de leurs dépôts dans un élévateur à godets (impact sur la contamination croisée en alimentation animale)

La problématique des contaminations croisées (transfert inter-lots de micro-ingrédients : additifs et/ou produits médicamenteux) dans le secteur de l'alimentation animale est entrée, depuis quelques décennies, au cœur des préoccupations de la profession. Ce phénomène se décompose en 2 phases : le dépôt de particules par un lot de fabrication et sa récupération par le/les lot(s) suivant(s). Plusieurs études expérimentales, ont incriminé l élévateur à godets post-mélangeur dans l augmentation du niveau de contamination d une ligne de fabrication. Cet appareil de manutention achemine verticalement des mélanges pulvérulents de diverses matières premières, pouvant contenir, en particulier, des additifs ou des produits médicamenteux. L objectif de ces travaux est de comprendre dans quelles mesures cet appareil est source de transfert inter-lots, et quels paramètres liés au procédé entrent en jeu. Plusieurs outils ont été mis en place et la réalisation d'un plan d expériences a permis de mettre en lumière l impact de certains facteurs sur la contamination croisée :d une part, le mode de vidange (lié à la vitesse de la sangle) en tête de l élévateur et l angle de la bavette de jetée agissent sur la quantité de micro-ingrédient déposée lors du passage d un lot, et d autre part, l espace autour des godets, modifie la capacité du lot suivant à collecter les reliquats.Ces informations définissent une position optimale des paramètres de l élévateur qui, sur pilote, réduit le niveau de contaminations croisées de 9 à 7 %. Enfin, des observations des champs de vitesses pendant la jetée du produit ont apporté de éléments de compréhension sur mouvements d'air et d'aérosols à l'origine des contaminations.Carry-over of additives and/or medicated products is a common issue in feed industry and, by extension in most of powder handling industries. Currently carry-over rate of a production line can be accurately defined but the causes are not identified yet. It can be broken into 2 phases : firstly, particle deposit during one batch processing and then, their collecting during the following batches. Experimental studies, carried out on industrial sites or on test benches, charged the bucket elevator situated just after the mixer to be responsible for a significant increase of cross contamination rate of industrial feed production lines. Therefore this work focuses on this handling device. It transfers mixing of several raw materials in powdery forms, which may contain micro-ingredients, especially additives or medicated products. The aim of this study is to understand how process operations affect cross contamination rates during bucket elevator handling. A test bench of this handling device, a reference product and laboratory methods have been setup. Moreover, an experimental fractional factorial design highlights the effects of several process parameters : on one hand the discharge phase on elevator head (linked to belt velocity) and the discharge spout angle act on microingredients deposit mass. On the other hand, spacing between buckets and the leg s inner surface influences micro-ingredients collected mass. Furthermore, ideal position of process parameters has been defined. By this way, cross contamination rate on the test bench has been decreased from 9 to 7 percent. Finally, velocity fields observations during the discharge phase leads to better understanding of how these process parameters influence cross contamination rate.NANTES-ENS Mines (441092314) / SudocSudocFranceF

Utilisation des films d’eau ruisselants en protection thermique

Les films d’eau présentent une très grande diversité d’applications, principalement grâce aux forts échanges de chaleur liés aux transferts convectifs, à leur évaporation mais aussi à l’absorption du rayonnement par l’eau. L’objectif de notre étude est d’étudier la qualité de protection thermique d’une paroi produite par un film d’eau ruisselant vis-à-vis d’une source rayonnante. Cette étude comporte une approche  expérimentale ainsi qu’une modélisation numérique 2D en régime transitoire

Intensification des transferts thermiques convectifs pariétaux dans le cas d'un jet d'air plan turbulent en impact sur une surface mobile.

Les transferts thermiques convectifs locaux induits par un jet plan frappant une plaque plane mobile ont été peu étudiés à ce jour. Les résultats obtenus à l'aide d'un modèle k-epsilon-WCP (Wolfshtein, Chen et Patel) sont validés à partir de nos mesures PIV et de résultats issus de la littérature. Dans le cas d'une surface plane en translation rapide, nous montrons que les transferts thermiques convectifs locaux peuvent être améliorés par l'inclinaison à contre-courant du jet

Analyses expérimentale et numérique des écoulements et des transferts de chaleur convectifs produit par un jet plan impactant une plaque plane mobile

Ce travail concerne l analyse de l écoulement d un jet plan confiné en impact sur une surface mobile à partir de mesures PIV. A cet effet, un banc d essai a été réalisé. Dans cette étude, la hauteur d impact H est fixée à 8 fois la largeur de buse de soufflage e et la gamme du nombre de Reynolds s étend de 480 à 11700. Les mesures réalisées par PIV sur l écoulement permettent d établir un comportement global du jet en fonction du rapport de vitesse surface-jet RSJ. De plus, il apparaît de fortes modifications topologiques de l écoulement en fonction de RSJ, ce qui conduit à d importants changements concernant la distribution locale des transferts de chaleur convectifs pariétaux. Par la suite, une configuration inclinée du jet plan confiné en impact sur une surface mobile est étudiée. Son but est l amélioration des échanges thermiques à la paroi d impact. Finalement, une simulation numérique, à l aide d un modèle de turbulence k- modifié, est menée et validée sur certains des cas traités expérimentalementThis work describes the flow field of a confined slot jet impinging on a moving surface from PIV measurements. For this purpose, an experimental facility was built. In this study, the nozzle-to-plate spacing H is eight slot nozzle widths e and the Reynolds number range is between 480 and 11700. The measurements of the flow field enable to establish a global behaviour of the jet according to the surface-to-jet velocity ratio RSJ. In addition, it appears that the topological changes of the flow field induced by the surface motion, would undeniably led to significant modifications of the local convective heat transfer distribution. Thereafter, a study with an inclined configuration of the confined slot jet impinging on a moving surface is realized. This aims to enhance the convective heat transfer of the impingement plate. Finally, a numerical simulation from a modified k- turbulence model is performed and validated with some of the experimental casesNANTES-BU Sciences (441092104) / SudocNANTES-Ecole Centrale (441092306) / SudocNANTES-BU Technologie (441092105) / SudocSudocFranceF

Étude des effets du vent sur les grues à tour

Les tempêtes de décembre 1999 nous ont montrées que des vents violents sont capables de renverser une grue à tour. Les conséquences humaines et matérielles de tels accidents, peuvent bien évidemment être considérables. Il est donc essentiel de comprendre et de caractériser le comportement des grues au vent, afin de réduire les risques de renversement. Le comportement dynamique de la partie tournante, libre de s'orienter dans la direction du vent, conditionne la stabilité de la grue en condition hors service. Dans les zones d'urbanisation dense et élevée, les fluctuations du vent en module et direction sont fortes et particulièrement dans les zones de sillages de grands bâtiments proches. Du fait de son inertie (masse, frottements) la flèche de la grue ne peut suivre les changements de direction rapides du flux, elle se trouve ainsi soumise en permanence à des efforts instantanés qui peuvent être cause de chute...NANTES-BU Sciences (441092104) / SudocNANTES-Ecole Centrale (441092306) / SudocSudocFranceF

Étude expérimentale du comportement dynamique et des performances de rideaux d'air en vue de la conception de systèmes de confinement cellulaire

NANTES-BU Sciences (441092104) / SudocNANTES-Ecole Centrale (441092306) / SudocNANTES-ENS Mines (441092314) / SudocSudocFranceF

Une méthode de décomposition de domaine pour la simulation numérique directe (contribution à l'étude de jets plans en impact)

La simulation numérique directe des écoulements turbulents est un outil fondamental en mécanique des fluides car elle permet de connaître précisément les propriétés cinématiques de l'écoulement en tout point et à chaque instant. Cependant, en raison de la discrétisation spatiale d'ordre élevé nécessaire à la résolution de la cascade énergétique, cette approche est souvent limitée à des géométries simples. Ce travail propose une méthode de décomposition de domaine pour la simulation numérique d'écoulements turbulents. Elle repose sur une résolution directe multidomaine en formulation vitesse/pression des équations de Navier-Stokes. La méthode proposée résout efficacement (calcul parallèle) les équations de Navier-Stokes incompressibles sur des géométries complexes, telles que des quadrangles inter-connectés, tout en conservant les propriétés de haute précision. De nombreux tests de validation sont proposés: précisions spatiale et temporelle, cavité entraînée, marche descendante et écoulement autour d'un barreau de section carrée. Une simulation numérique directe d'un écoulement turbulent dans une conduite de section carrée est également réalisée. Enfin, une part importante de ce travail concerne l'étude d'un jet plan impactant sur une surface plane et sur un obstacle parallélépipédique pour le nombre de Reynolds Re=3000. Une analyse détaillée des propriétés statistique, spectrale et structurelle est menée, afin d'apporter une contribution à la compréhension des phénomènes physiques complexes de ces écoulements. Enfin, une étude du front de propagation de la température lors d'un refroidissement rapide d'une lamelle solide par un jet plan laminaire est présentée.Direct Numerical Simulation is a powerful tool in Fluid Mechanics since it allows to describe accurately both in space and time the kinematic and dynamic features of a flow. However, due to the desirable high order discretization, this approach is often restricted to simple geometries. This work proposes a domain decomposition method dedicated to the numerical simulations of turbulent flows which is based on a direct multi-domain solution of the Navier-Stokes equations formulated in primitive variables. The method solves efficiently (parallelization) the incompressible Navier-Stokes equations on " complex " geometries, like inter-connected quadrilaterals, while preserving high order accuracy. Numerous validation test cases are proposed including space/time accuracy, the lid driven cavity, the backward facing step and the flow around a square cylinder. A Direct Numerical Simulation of a square pipe flow is also performed. For fast cooling applications, a preliminary study of the propagation front of the temperature within a thin plate by using plane laminary impinging jet is presented. Finally, an important part of this work is devoted to the study of plane jet impinging on a plane surface and a cubical obstacle for a Reynolds number equal to 3000. A detailed analysis of the statistical, spectral and structural properties of the flow is achieved to obtain a better understanding of the complex phenomena occuring in such a configuration.NANTES-BU Sciences (441092104) / SudocNANTES-Ecole Centrale (441092306) / SudocNANTES-ENS Mines (441092314) / SudocSudocFranceF