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Université de Rouen (07/12/2009), Béatrice Patte-Rouland (Dir.)
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Dynamique des jets contrôlés : Application à l'étude du mélange dans des écoulements de jets annulaires à très grand rapport de diamètres
Amélie Danlos1

Les jets annulaires turbulents sont des écoulements soumis à de fortes instabilités qui peuvent devenir un handicap pour certaines applications industrielles (procédés de fibrage du verre, ventilation individuelle, ventilation opérationnelle, brûleurs, neige de culture ...). Ces écoulements particuliers de jets axisymétriques sont complexes puisqu'ils regroupent des phénomènes de sillage et de mélange. L'objectif de cette étude est de déterminer des méthodes de contrôle de la zone initiale des jets annulaires d'air de très grand rapport de diamètres (r=0,91), pour des nombres de Reynolds élevés (Ree=5130, Ree=2565, Ree=1368, e étant l'épaisseur de l'anneau de jet de 2,565mm), afin de répondre aux attentes des industriels mais aussi de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu dans la formation de l'écoulement. Deux méthodes ont été étudiées. Une voie de contrôle passif par modification de géométrie de l'obstacle central a permis d'agir sur le sillage et de modifier la morphologie du jet. Les jets annulaires basique, conique et sphéroïdal ont été comparés pour obtenir des jets plus efficaces pour certaines applications. Un contrôle actif par forçage acoustique a été appliqué au jet annulaire basique afin de réduire le battement du jet autour de son axe sans modifier la géométrie de la buse. Différents paramètres de forçage (fréquence, position de l'excitation, phase de l'onde) ont été observés pour déterminer une configuration efficace de contrôle des instabilités de l'écoulement. Les méthodes de diagnostic utilisées sont intrusives (anémométrie par fil chaud) ou non intrusives (Tomographie rapide, Vélocimétrie par Images de Particules, Anémométrie Doppler Laser 2D et 3D) et sont complétées par un post-traitement de Décomposition Orthogonales en Modes Propres (P.O.D.) pour analyser les structures cohérentes de l'écoulement et déterminer l'influence du contrôle passif ou actif sur ces structures de différentes échelles. Une Simulation Numérique Directe (D.N.S.) est enfin proposée pour modéliser le contrôle passif des écoulements de jets annulaires turbulents de très grands rapports de diamètres.
1:  CORIA - Complexe de recherche interprofessionnel en aerothermochimie
jet annulaire – turbulence – contrôle passif – contrôle actif – forçage acoustique – Décomposition Orthogonale en Modes Propres (P.O.D.) – tomographie rapide – Vélocimétrie par Images de Particules (P.I.V.) – Anémométrie Doppler Laser (A.D.L.) – Anémométrie par fil chaud – Simulation Numérique Directe (D.N.S.)
http://www.coria.fr/spip.php?article627&titre_mot=these

Dynamics of jets control: Application on the study of mixing in annular jet flows with large diameter ratio.
Turbulent annular jets are flows submitted to strong instabilities which may be a real handicap for many industrial processes (glass fibers processes, personalized ventilation, operational ventilation, burners, snow canons....). These particular axisymetric jets are complex since they are bringing both wake and mixing phenomena. The aim of this study is to determine control methods of the initial zone of air annular jet with great diameter ratio (r=0.91), for high Reynolds numbers (Ree=5130, Ree=2565, Ree=1368, with e the jet ring thickness equal to 2.565mm), in order to meet manufacturer 's needs and to obtain a better understanding of mechanisms used in the flow development. Two methods are studied. A way of passive control by modifying the central obstacle geometry enables to act on the wake and to change the jet shape. Basic, conical and spheroidal annular jets are compared in order to obtain more efficient jets for several industrial processes. An active control, with acoustic forcing, is applied on basic annular jet to reduce annular jet beat around its axis, without changing the nozzle geometry. Different forcing parameters are observed (frequency, forcing position, wave phase) in order to determine an efficient control configuration of flow instabilities. Measurement techniques used are either intrusive (hot wire anemometry) or not (fast tomography, Particle Image Velocimetry, bidimensional and three-dimensional Laser Doppler Anemometry) and are completed by Proper Orthogonal Decomposition (POD) post-processing to analyze coherent structures of the flow and to determine the effect of passive and active control on these structures with different scales. A Direct Numerical Simulation (DNS) is finally suggested in order to model the passive control of turbulent annular jets with great diameter ratios.
annular jet – turbulence – passive control – active control – acoustic forcing – Proper Orthogonal Decomposition (POD) – fast tomography – Particle Image Velocimetry (PIV) – Laser Doppler Anemometry (LDA) – hot wire anemometry – Direct Numerical Simulation (DNS)

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