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L’ÉCOULEMENT AUTOUR D’UNE PAROI MULTI-PERFORÉE FIG. 2.14 - Plan perpendiculaire à l’écoulement, 3 d en aval du centre d’un jet de la rangée 15. a) Vitesse longitudinale moyenne. b) Vitesse verticale moyenne. c) Intensité de turbulence. Grandeurs adimensionnées par la vitesse e l’écoulement principal. D’après Scrittore et al. (2007). la demi distance transverse entre deux perforations. On observe donc un demi jet. On retrouve plusieurs caractéristiques connues des jets de multi-perforation. – Le jet montre une forme de fer à cheval (figure 2.14a). Sous le jet, les vitesses longitudinales sont plus faibles qu’à côté du jet, – La vitesse verticale (figure 2.14b) dans le jet est forte, mais elle est maximale sous le jet. Entre les jets, la vitesse est négative. L’écoulement se dirige vers la paroi. C’est la manifestation du phénomène d’entraînement, – Les fluctuations de vitesse sont importantes sous le jet au niveau de la couche de cisaillement. On peut noter la présence, sur la droite des champs à environ 2 d de la plaque, du jet issu de la rangée précédente (14e rangée). La distance transverse entre les deux jets est la moitié de l’espacement transverse Z/ = 4.9, à cause de la disposition en quinconce. Les principales caractéristiques des champs de vitesse longitudinale et verticale ont été décrites. Elles sont en réalité assez semblables à celles observées pour des jets isolés ou pour une rangée de jets (voir par exemple Pietrzyk et al., 1989; Leylek & Zerkle, 1994; Walters & Leylek, 1997, 2000; Tyagi & Acharya, 2003; Peet, 2006). La vitesse transverse ne présente pas de caractéristique remarquable, si ce n’est la signature de structures tourbillonnaires décrites dans la partie suivante. Peu d’informations sont disponibles sur le frottement à la paroi. Peterson & Plesniak (2004b) l’ont mesuré dans le cas d’une rangée de jets normaux à la paroi (figure 2.15). Ils observent un fort déficit de vitesse dans le sillage des jets, ainsi qu’une augmentation du frottement dans les zones intermédiaires, à cause du contournement des jets par l’écoulement. En amont des jets, la carte de frottement met en évidence une séparation de l’écoulement incident. 54
2.4 Caractérisation aérodynamique de l’écoulement FIG. 2.15 - Coefficient de frottement total pour une paroi percée d’une rangée de trous normaux. D’après Peterson & Plesniak (2004b). Structure tourbillonnaire du jet dans la multi-perforation L’écoulement de jet débouchant dans un écoulement transverse est une configuration classique en Mécanique des Fluides. On désigne généralement ce genre d’écoulements par le terme de jet transverse. Le jet transverse présente des intérêts aussi bien académiques qu’industriels : le jet transverse peut servir pour des applications de mélange ou de refroidissement ; on en retrouve aussi dans des études de dispersion de polluants. Le jet transverse peut également servir au contrôle de l’écoulement, comme dans le cas du jet synthétique transverse (voir sur le sujet Glezer & Amitay, 2002; Dandois, 2007; Dandois, Garnier & Sagaut, 2007). Sur le plan académique, le jet transverse est une configuration à géométrie simple qui permet l’étude de phénomènes complexes (mélange, formation de structures tourbillonnaires, trajectoires de jets, etc.) Margason (1993) a écrit une revue sur les jets transverses, qui répertorie les principaux travaux avant 1993. On peut définir un cas de jet transverse canonique, correspondant au type de configurations les plus étudiées : il s’agit d’un jet débouchant normalement à un écoulement principal de couche limite. Le jet débouche généralement d’une longue conduite, qui assure un écoulement pleinement développé. Les taux de soufflage considérés sont généralement élevés. Ces jets sont typiques des applications de mélange. La caractérisation de la structure de l’écoulement de jet transverse a été une motivation pour de nombreux travaux. Dans les cas de jets transverses classiques, la structure est bien connue. Elle a été étudiée expérimentalement (Andreopoulos & Rodi, 1984; Fric & Roshko, 1994; Kelso et al., 1996; Smith & Mungal, 1998; Rivero et al., 2001) et numériquement (Yuan et al., 1999; Cortelezzi & Karagozian, 2001; Muppidi & Mahesh, 2005, 2006, 2007). Le jet transverse est caractérisé par plusieurs structures cohérentes, comme le montre la figure 2.16 : – Les vortex de la couche cisaillée sont dus à une instabilité de Kelvin-Helmholtz entre le jet et l’écoulement principal. Ils se développent sur les faces amont et aval du jet, comme sur la figure 2.17, – Le vortex en fer à cheval est le résultat d’un décollement de la couche limite de l’écoulement prin- 55
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