Activites de recherche et formation doctorale

1.3.3 : Les zones de panache

Elles sont caractérisées par un apport d’énergie issu d’un système « externe », par exemple un convecteur, dont le comportement est modélisé par un autre système d’équations. Pour définir ces zones de panache, on introduit des corrélations issues de la littérature, qui donnent, en fonction de la source énergétique, la géométrie de la zone correspondante, et les débits massiques générés.

1.3.4 : Les zones de jet

Dans les enceintes habitables, nous avons affaire à plusieurs types de jets, à des vitesses qui peuvent être faibles (entrée d’air frais dans le cas d’une ventilation mécanique contrôlée), ou fortes (aération d’un véhicule), avec des écarts de température variés, avec ou non impact sur une paroi… Pour définir précisément ces différentes zones de jet, tant au niveau géométrique qu’au niveau des échanges de chaleur et de masse, une étude particulière a été menée dans le cadre d’une thèse. Elle a permis, de la même façon, de générer, en fonction des caractéristiques du jet, la géométrie du volume impliqué, sa taille et les débits massiques échangés avec les zones adjacentes.

Dans un premier temps, nous avons été amenés à observer l’évolution d’un jet libre en utilisant le code de calcul commercial FLUENT® afin de mieux appréhender les champs des vitesses et des températures.
Pour étudier les différentes topologies des zones de jet, nous avons effectué différents calculs, faisant varier les paramètres importants du phénomène :

• 
  le nombre d’Archimède ;
  
• 
  l’intensité de la turbulence à la sortie ;
  
• 
  le nombre de Reynolds.
  

L’écoulement est visualisé par ses normes de vitesses (figure 5), et par ses isothermes (figure 6), au cours de son établissement.

Figure 5 : Normes des vitesses.

Figure 6 : Isothermes.

Nous avons ainsi pu retrouver les 3 parties constituant un jet libre :

• 
  Le cœur potentiel, à l’intérieur duquel la vitesse en sortie d’orifice reste constante dans un cône qui a pour base l’orifice, et au bord duquel se forme une couche de mélange avec de l’air pris dans l’enceinte par entraînement ;
  
• 
  La zone de transition, qui débute à la fin du cœur, et où la vitesse décroît longitudinalement, avec un brassage turbulent dans toute la largeur du jet ;
  
• 
  La zone développée, pour laquelle les profils de vitesse restent semblables (gaussienne), et où les champs de vitesse et de température sont déterminés par des fonctions analytiques.
  

Ce découpage en trois parties se retrouve pour les jets pariétaux (systèmes de désembuage de pare brise, par exemple), avec cependant des formes différentes (dissymétrie du jet).
A partir des résultats obtenus, nous avons défini les zones de jet par leur contour, que nous avons limité, dans le sens principal de l’écoulement, au lieu des vitesses atteignant 1% de la vitesse d’éjection.
Il se peut alors qu’une zone de jet intercepte (en partie ou totalement) une surface. Dans ce cas, l’impact du jet entraîne des échanges spécifiques, qui sont précisés plus loin.
Ainsi, chaque enceinte à modéliser est décomposée en un nombre de zones limité, fortement corrélées à la physique des écoulements.


Figure 7 : maillage du volume intérieur d’une pièce avec chauffage aéraulique
Voici un exemple du maillage automatique d’un pièce équipée d’un système de chauffage à air chaud : on y distingue clairement la zone de jet, issu d’une bouche située à la limite d’une paroi verticale et du plafond.