Contribution to the study of laminar, transitional and turbulent heat convection for a yield stress fluid pipe flow
CONTRIBUTION EXPERIMENTALE A L'ETUDE DE LA CONVECTION THERMIQUE EN REGIME LAMINAIRE, TRANSITOIRE ET TURBULENT POUR UN FLUIDS A SEUIL EN ECOULEMENT DANS UNE CONDUITE
Résumé
This work is an experimental contribution to the study of thermal convection in laminar, transitional and turbulent flow of a yield stress fluid in a cylindrical or annular pipe. The fluid used is a neutralized solution of carbopol. For one-dimensional shear flows, the fully established laminar velocity profile of yield stress fluid is characterized by a central plug region. According to the pressure and velocity measurements, a delay in transition is observed for the yield stress fluid. The beginning of transition appears by instabilities in presence of a stable plug flow. This peculiar regime has been found only for the yield stress fluid. After that, turbulent spots filling the pipe section are obtained and compared to that for Newtonian fluids. In turbulent flow, only the shear-thinning and elastic effects of the fluids used are observed. Finally, the evolution of the heat transfer coefficient is determined in the different regimes showing the effects of the rheological properties.
Cette these est une contribution experimentale a l'etude de la convection thermique en regime laminaire, transitoire et turbulent pour un fluide a seuil en ecoulement dans une conduite cylindrique ou annulaire. Le fluide utilise est une solution de carbopol neutralisee. En regime laminaire, l'ecoulement unidirectionnel d'un fluide a seuil est caracterise par la presence, dans la partie centrale, d'une zone isovitesse. La fin du regime laminaire, determinee a partir des mesures de pression et de vitesse, est retardee par la presence d'un seuil d'ecoulement. Le debut de la transition se manifeste par des instabilites en presence d'une zone isovitesse stable. Ce regime particulier n'est observe que pour le fluide a seuil. Par la suite, des bouffees turbulentes envahissant toute la section de la conduite, sont obtenues et comparees a celles pour un fluide Newtonien. En regime turbulent, les effets dus aux caracteres rheofluidiants et elastiques des fluides utilises sont mis en evidence. Enfin, l'evolution du coefficient de transfert de chaleur dans les differents regimes est determinee montrant clairement l'effet des proprietes rheologiques.
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