Experimental study of a Jet in Crossflow at low velocity ratios using volumetric velocimetry

Autor: Cambonie, Tristan
Přispěvatelé: Physique et mécanique des milieux hétérogenes (UMR 7636) (PMMH), Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, Jean-Luc Aider(jean-luc.aider@espci.fr)
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2012
Předmět:
Zdroj: Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université Pierre et Marie Curie-Paris VI, 2012. Français
Popis: This thesis is dedicated to the experimental study of a Jet In Cross-Flow(JICF). The flow is monophasic and isothermal. The velocity ratio (VR)between jet and cross-flow velocities is low (0.15 < VR < 3), and the jet exitis flush at the wall. Diverse jet geometries are considered: circular,elliptic, rectangular, and winglet.This study was realized in hydraulic channel using a new opticalvelocimetry method (V3V) which provides accurate measurements of the 3components of the instantaneous velocity field. The whole experimentalprocess was optimized. The physics of the JICF is investigated by means ofthe average and instantaneous fields, through their statistics and using aspatial follow-up of the main vortical structures.The influence of the VR on the flow topology is analyzed, and highlightsthe existence of a blowing transition at very low velocity ratio. Weanalyze in detail the trajectories swirling intensities of the mainvertical structures, and a new scaling of trajectories, taking intoaccountthe boundary layer, is proposed.These results facilitate the interpretation of the elliptic andrectangular, straight and skewed JICF physics. The study of thehalf-winglet geometry allowed for an analysis of the wingletconfiguration,and a better comprehension of their effects on the boundary layer.All these results allows for a better understanding of the jet incross-flow physic at low velocity ratios. They should also be useful forflow control experiments, by providing quantitative criteria to choose therelevant physical and geometrical parameters for vortex generators design.; 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, et 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. 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.
Databáze: OpenAIRE
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