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Étude par vélocimétrie volumique d’un jet dans un écoulement transverse à faibles ratios de vitesses
Tristan Cambonie, Doctorant - PhD student Crédits : ESPCI ParisTech
Cette thèse est consacrée à l’étude expérimentale d’un jet en interaction avec un écoulement transverse de paroi (Jet In Cross-Flow, JICF). L’écoulement est monophasique et isotherme. Le ratio des vitesses (VR) de jet et d’écoulement est bas. Le jet est affleurant à la paroi avec des géométries d’injection diverses : circulaires, elliptiques, rectangulaires, et chevrons.
Cette étude a été réalisée en canal hydraulique à l’aide d’une méthode de vélocimétrie volumique optique (V3V) qui permet la mesure instantanée des 3 composantes du champ de vitesses, et l’ensemble du processus expérimental a été optimisé. La physique du JICF est analysée à l’aide des champs moyen et instantané, de statistiques et du suivi spatial de structure tourbillonnaire cohérentes.
L’influence du VR sur la topologie d’écoulement est étudiée, et met en évidence l’existence d’une transition de soufflage à très bas ratios de vitesse. Nous étudions en détail les trajectoires et l’évolution des intensités tourbillonnaires des vortex composant le JICF, et un nouveau scaling de trajectoire est proposé.
Vue détaillée obtenue par vélocimétrie volumique instantanée, d'un tourbillon en épingle (hairpin vortex) composé d'une tête suivie de deux jambes. Ce tourbillon en épingle est visualisé à l'aide d'une iso-surface de tourbillonnement colorée de manière à mettre en évidence les sens opposés de rotation des jambes
Les outils développés pour l’analyse du JICF rond ont été appliqués aux JICF non circulaires. La géométrie d’injection chevron conserve à la fois une intensité tourbillonnaire élevée et une trajectoire basse de jet, maximisant ainsi l’effet sur la couche limite.
L’ensemble de ces résultats permettent une meilleure connaissance des jets transverses à bas VR, et seront très utiles pour la conception d’expériences de contrôle d’écoulement, en apportant des critères quantitatifs pour choisir les bons paramètres physiques et géométriques définissant les générateurs de vortex fluidiques