Étude expérimentale de la convection mixte laminaire ou turbulente, dans un tube incliné soumis à un flux de chaleur uniforme

Abstract

Le présent mémoire étudie la convection mixte pour un écoulement d'air en régime laminaire ou en transition vers la turbulence. Un montage expérimental, constitué d'un tube de cuivre porte à différentes inclinaisons, rend possible l'atteinte de cet objectif. Une première série de résultats permet de caractériser l'influence de la convection naturelle sur les écoulements forcés en régime laminaire. Le nombre de Nusselt asymptotique peut être de 2 à 4 fois plus élève que la valeur de Nu_ (4.364) prédit par les solutions classiques. Aussi, le nombre de Grashof influence substantiellement le coefficient de friction d'un écoulement développé. En deuxième lieu, nous avons quantifié l'effet de l'inclinaison sur le transfert de chaleur. À ce sujet, nous avons établi 15° comme étant l'inclinaison optimale puisqu'elle maximise le nombre de Nusselt asymptotique et la longueur de développement. En outre, l'influence de l'inclinaison diminue avec l'augmentation du nombre de Grashof. Enfin, nous avons déterminé une zone de transition du régime laminaire vers le régime turbulent. La valeur du nombre de Reynolds critique est fortement influencée par le nombre de Grashof, surtout pour des valeurs de Gr supérieures a 2-10[indice supérieur 5] Par ailleurs, nous suggérons une valeur maximale du nombre de Reynolds, Re[indice inférieur ac'] au-delà de laquelle les effets de la convection naturelle sont négligeables. Enfin, nous avons établi des corrélations de l'évolution du nombre de Nusselt asymptotique et du coefficient de friction en fonction du nombre de Grashof pour des écoulements à faibles turbulences. Dans l'ensemble, nos résultats convergent avec ceux d'auteurs reconnus dans le domaine. Ils apportent même des précisions, ralliant parfois des considérations en apparence contradictoires. De la présente étude ressort la nécessité d'explorer plus à fond l'écoulement secondaire pour de grandes valeurs du nombre de Grashof.