Le but de cette étude est d'examiner l'influence du déséquilibre en position du jet central par rapport aux jets adjacents, dans une configuration de 6 jets hélicoïdaux entourant un jet hélicoïdal central. Afin d'identifier la configuration la plus efficace en termes d'amélioration du mélange en sortie de jet Le jet central joue le rôle de guide dans cette configuration de déséquilibre en position. Il pilote les jets adjacents. Cette configuration pourrait intéresser les industriels vue sa contribution pour l'amélioration du confort thermiqu

BRAIKIA, Mohamed

KHELIL, Ali

LOUKARFI, Larbi

NAJI, Hassan

I-Revues

20ème Congrès Français de Mécanique                                                                  Besançon, 29 août au 2 septembre 2011 
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Caractérisation thermique et dynamique d’un multijet 
tourbillonnaire à orifices déséquilibrés en positions  
M. BRAIKIA A, A. KHELIL A, L. LOUKARFI A H. NAJIB, 
A Université H.B., B.P. 151, 2000 Chlef, Algérie. 
B*Université Lille 1 - Sciences et Technologies, Polytech’Lille, LML – UMR 8107 CNRS, Boulevard 
Paul Langevin, 59655 Villeneuve d’Ascq, France 
Résumé : 
Le mélange de jets a motivé de nombreuses études depuis plusieurs années en raison de son intérêt théorique 
et de ses nombreuses applications industrielles. Les jets tourbillonnaires et turbulents interviennent dans une 
large variété de dispositifs industriels pour leur capacité à procurer de forts taux de mélange dans de 
multiples configurations : moteurs de fusées, moteurs diesel, torches à plasmas, brûleurs, dispersion de 
polluants, refroidissement, systèmes de ventilation et de climatisation. Différentes campagnes expérimentales 
ont conduit à l’optimisation de la géométrie des diffuseurs ce qui a permis de bien saisir l'importance des 
paramètres de contrôle comme  l’inclinaison des ailettes,  la présence du jet central, le nombre de jets 
adjacents, le nombre de tourbillonnement, le sens de rotation du jet central par rapport aux jets 
périphériques. Le but de cette étude est d’examiner l’influence du déséquilibre en position et en température 
du jet central par rapport aux jets adjacents, afin d’identifier la configuration la plus efficace en termes 
d’amélioration du mélange en sortie de l’écoulement résultant.  
Abstract: 
The mixing jets have motivated many studies over several years due to its theoretical interest and its many 
industrial applications. The swirl turbulent jets  involved in a wide variety of industrial devices for their 
ability to provide high levels of mixing in multiple configurations: rocket engines, diesel engines, plasma 
torches, burners, dispersion of pollutants, cooling, ventilation systems and air conditioning. Different studies 
have led to the optimization of the geometry of diffuser allowing to understand the importance parameters 
like the inclination of the air vanes, the presence of the central jet, the number of adjacent jets, the swirl 
number and the rotation of the central jet compared with peripheral jets. The purpose of this study is to 
examine the influence of the imbalance in position and temperature of the central jet compared to peripheral 
jets adjacent to identify the most efficient configuration in terms of improving mixture in resultant flow. 
Mots clés: jet multijet tourbillonnaire, homogénéisation thermique, homogénéisation dynamique, 
orifices déséquilibrés en position, épanouissement. 
1-Introduction: 
La multiplication des jets tourbillonnaires associée au choix des dispositions des diffuseurs d’air permet 
d’améliorer substantiellement la destratification thermique de l’ambiance traitée. L’interaction entre jets 
tourbillonnaires permet une redistribution des températures dans la zone de mélange comme pour les vitesses  
tout en permettant l’épanouissement du jet résultant [1]. L'optimisation des paramètres tels que la géométrie 
du diffuseur, l'inclinaison de la vitesse initiale, l'espacement entre jets, le nombre de jets diffusés, 
l'inclinaison des jets latéraux par rapport à l'axe central du jet résultant, le débit relatif entre jets 
périphériques et jet central, influencent l'écoulement résultant tant du point de vue dynamique que thermique 
[2],[3]. Dans cet écoulement, l'énergie est transférée vers la direction radiale grâce au tourbillonnement qui 
caractérise le multijet utilisé et contribue à améliorer sensiblement la qualité des mélanges d'air dans les 
locaux à climatiser ou dans les confinements gazeux [4]. Aussi, le jet central dans toutes les configurations 
étudiées joue un rôle important dans   la destratification thermique puisqu’il,  modifie le comportement des 
jets adjacents périphériques et améliore l'homogénéisation de l'écoulement. La modification de la position 
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relative des jets latéraux par rapport au jet central a une influence sur la diffusion [5]. Les résultats montrent 
que la position relative des jets latéraux par rapport au jet central permet d'influencer la vitesse axiale du jet 
résultant. L'augmentation de la diffusion latérale, conduit à une meilleure homogénéisation. Le jet central 
contrôle cette configuration de déséquilibre en position en pilotant les jets adjacents. On note cependant que 
cette différence de position entraîne une diminution de vitesse dans les zones proches de l’origine du 
soufflage. Cette configuration pourrait intéresser les industriels de contribuer à l'amélioration du confort 
thermique dans les enceintes.  
2-Dispositif expérimental : 
Le dispositif expérimental étudié se compose d'un châssis sur lequel est fixée une plaque en plexiglas, 
comportant à sa partie supérieure un dispositif fixe de soufflage d'air chaud et dirigé vers le bas. Sur la partie 
inférieure de ce dispositif, sont fixés les différents types de diffuseurs à ailettes inclinées, en fonction de la 
configuration étudiée. Les températures et vitesses de l'écoulement sont mesurées par un thermo-anémomètre 
multifonctions (type VELOCICALC) qui est un instrument de haute précision. Les données peuvent être 
visualisées sur l'écran, imprimés ou téléchargées vers un tableur qui nous permet de transférer facilement des 
données à un ordinateur pour le traitement statistique. Les sondes thermiques sont supportées par des tiges 
qui sont facilement guidées verticalement et horizontalement pour balayer le maximum d'espace dans le sens 
axial et radial. Le système multijets conçu au laboratoire représente une couronne de 6 jets hélicoïdaux 
entourant un jet hélicoïdal central. Le débit s'opère à des nombres de Reynolds, allant de 104 à 3.104. L’étude 
a été réalisée dans des conditions de flux de chaleur uniforme pour chaque diffuseur. 
 
1- Dispositif de soufflage d’air, 2- Diffuseur d’air avec ailettes inclinées, 3-Sonde du thermo 
anémomètre, 4-Thermo anémomètre, 5-Thermomètre. 
 
FIG. 1- Dispositif Expérimental.  
3 
1 
2 
4 
5 
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  3 
d 
= 
22
m
m
 
 D
 =
 5
6m
m
 
 
   40  mm 
 
Ailette 
 
Support d’ailette 
 
Générateur  de tourbillonnement 
 
     22mm 
 
      
 
22 mm 
 
Conduit cylindrique 
 
17
 m
m
 
 
22 mm 
 
1,7 mm 
 
 
 
FIG. 2- Schéma détaillé du dispositif de génération de tourbillonnement. 
3- Configurations des jets étudiées: 
 
La position des diffuseurs 
du multijet est dans le 
même plan   
La position relative du jet central  
est plus haute (0.5D) par rapport à 
celle des jets périphériques 
La position relative des jets 
périphériques est plus haute (0.5D) 
par rapport à celle du jet central 
FIG. 3- Configurations étudiées  
4-Influence de la position relative des jets latéraux par rapport au jet central 
Ile est remarquable de noter que la modification de la position relative des jets latéraux par rapport au jet 
central a une influence sur la diffusion de l’écoulement. Les résultats (figures 4,5 et 6) montrent que lorsque 
la position relative des jets périphériques est plus haute de (+ 0.5D) par rapport a celle du jet central 
(configuration C), la vitesse axiale diminue plus rapidement que dans le cas où la position des diffuseurs du 
multijet est dans le même plan (configuration A). On augmente ainsi la diffusion latérale, ce qui conduit à 
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une meilleure homogénéisation. Aussi, on constate que pour le cas de la configuration C, l’épanouissement 
du jet résultant  est plus important par comparaison au cas de la configuration A et de la configuration D, 
représentée par une positon relative des jets périphériques plus haute de + 0.5D par rapport à celle du jet 
central. Ainsi la configuration C permet donc de traiter un grand volume d’air, comme le montre la figure 6, 
ce qui incite à l’exploiter pour chauffer ou refroidir rapidement des enceintes [6] et [7]. Par contre la 
configuration A (figure 7 et 8) permet une stabilisation thermique plus importante dans toutes les stations 
étudiées et une énergie cinétique axiale tendant à se distribuer  radialement, d’où l’intérêt à son utilisation 
dans le cas ou l’on désire obtenir un meilleur confort thermique pour les occupants de l’enceinte [8]. 
Les droites de la figure 9 représentent les enveloppes du jet résultant c'est-à-dire les angles des cônes 
décrivant chaque configuration d’écoulement. Un générateur de fumées a été utilisé pour délimiter les 
enveloppes du jet résultant par rapport au milieu ambiant. Aussi, pour affiner les positions de l’interface 
intermittente entre les deux milieux, un fil de laine fixé en bout d’une longue tige métallique (afin d’éviter de 
perturber l’écoulement) a été utilisé en complément. 
 
FIG.4 : Profils de température et de vitesse axiale pour la configuration A 
 
 
FIG.5 : Profils de température et de vitesse axiale pour la configuration C 
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  5 
 
FIG.6 : Profils de température et de vitesse axiale pour la configuration D 
 
FIG.7 - Profils de températures radiales à x/d=10 
  
FIG.8 - Profils de vitesses radiales à x/d=10 
 
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  6 
 
  FIG.9- Epanouissement du multijet tourbillonnaire pour les trois configurations étudiées  
 
5-Conclusion : 
L’objectif principal de cette étude d’investigation expérimentale vise à de rechercher la meilleure 
configuration du système multijets d’un écoulement tourbillonnaire d’air, permettant l’amélioration de 
l’homogénéisation thermique et dynamique, en vue de son intégration dans les unités de diffusion d’air 
utilisé dans les domaines de la ventilation, la climatisation et le conditionnement d’air. L'analyse des 
configurations étudiées montrent clairement que l'interaction entre les jets tourbillonnaires induit une 
redistribution de la température dans la zone de mélange, tout en permettant la diffusion du jet qui en résulte.  
Le jet central contrôle le système de diffusion tourbillonnaire. Il joue donc un rôle important dans 
l'amélioration de l'homogénéisation de l’écoulement résultant. Selon le cas, on peut soit traiter de grands 
espaces soit parfaire les conditions de confort pour les occupants des locaux, lorsque ce type de système est 
utilisé pour le conditionnement d’air. Mais aussi, l’industriel saura bien l’exploiter en vue d’homogénéiser 
les mélanges dans les enceintes, ou tout type de confinement comme les chambres de combustion. 
Références : 
[1] Heitor M. V., Moreira A. L. N., (1992), "On the analysis of turbulent transport processes in non reacting 
multijet burners flows", Experiments in Fluids, 13, pp. 179-189. 
[2] Loukarfi L., Florent P., Bettahar A., Elandaloussi B., (1997), "Quelques configurations de jets triples 
tourbillonnaires en vue de l'homogénéisation thermique d'une ambiance", 13ème Congrès Français de 
Mécanique, 1-5 Septembre, pp.71-74, Poitiers, France. 
[3] Loukarfi L., Braikia M., Djafer L., "Amélioration de la qualité des mélanges par multijets rotationnels : 
résultats de synthèse" CFM 2003, 1-5 septembre 2003, Nice, France. 
[4] Volchkov E.P., “An experimental study of the flow stabilization in a channel with a swirled periphery 
jet”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 43, (2000), pp. 375-386. 
[5] Braikia M., Loukarfi L., Djafer L., "Homogénéisation thermique par multijets rotationnels". CIM 2005 
12eme  Congre International de Métrologie 20-24 Juin 2005 Lyon, France. 
[6] Armfield S. W., "Prediction of turbulence quantities for swirling flow in conical diffusers", AIAA 
Journal, Vol. 28, n° 3, mars 1990.   
[7] Braikia M., Loukarfi L.,Kellaci A., Djafer L., "Etude des caractéristiques d’un jet hélicoïdal avec 
obstacle ". CFM 2007,  27-31 Août 2007, Grenoble, France. 
[8] Braikia M., Loukarfi L., Djafer L., "Profils de Températures d’un multidiffuseur tourbillonnaire dans 
une enceinte "., 5èmes Journées d’Etudes Techniques, JET’2008, 07-09 Mai 2008, Marrakech, Maroc. 


Caractérisation thermique et dynamique d'un multi jet tourbillonnaire à orifices déséquilibrés en positions

http://documents.irevues.inist.fr/bitstream/2042/46493/1/cfm2011_481.pdf

Caractérisation thermique et dynamique d'un multi jet tourbillonnaire à orifices déséquilibrés en positions

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