L’effet de la dynamique des tourbillons sur l’aéroacoustique et le transfert de chaleur dans un jet impactant une plaque fendue

La dynamique d'écoulement des jets impactants et son influence sur le comportement aéroacoustique ainsi que sur le transfert thermique sont largement étudiées dans cette thèse. L’étude se concentre sur deux nombres de Reynolds différents : Re = 3550 et Re = 3750. La large utilisation des jets impactants dans diverses applications industrielles, en raison de leurs capacités efficaces de transfert de chaleur et de masse, les rend particulièrement intéressants à étudier. Cependant, dans certaines conditions, notamment en milieux confinés, ils peuvent engendrer un niveau sonore élevé, source d’inconfort. Cette recherche vise à répondre à ces problématiques en identifiant des régimes d’écoulement permettant de réduire le niveau de pression acoustique (SPL) tout en améliorant les échanges thermiques. La première partie de cette thèse présente une revue de la littérature approfondie, mettant en évidence l’état actuel des connaissances sur les boucles de rétroaction responsables de la génération de tonalités auto-entretenues dans les jets impactants, ainsi que sur la relation entre la dynamique d’écoulement et le transfert thermique, et le couplage entre acoustique et transfert de chaleur. De plus, elle introduit différentes méthodes de contrôle susceptibles d’améliorer le transfert thermique dans ces configurations. Par la suite, des dispositifs expérimentaux ont été mis en place afin d’analyser les régimes d’écoulement étudiés et de quantifier les paramètres clés à l’aide de techniques de métrologie avancées telles que la vélocimétrie par image de particules (PIV) et la thermographie infrarouge. Les résultats expérimentaux ont montré qu’à Re = 3750, une baisse significative du SPL est observée comparativement à Re = 3550. Cette réduction est attribuée à des modifications dans la dynamique tourbillonnaire, où une organisation antisymétrique des tourbillons perturbe le mécanisme de rétroaction responsable des pics de SPL. En outre, l’analyse du transfert thermique indique que Re = 3750 permet également une amélioration des échanges thermiques, grâce à une interaction accrue des structures tourbillonnaires avec la plaque impactée, comme en témoignent les valeurs plus élevées du nombre de Nusselt. La dernière partie de cette recherche examine l'influence des conditions thermiques de la plaque sur le comportement aéroacoustique. Les résultats montrent que le chauffage de la plaque fendue entraîne des modifications notables du spectre fréquentiel et des niveaux de pression acoustique, en particulier à Re = 3750, où des fréquences sous-harmoniques apparaissent lorsque la plaque est chauffée. Ces résultats offrent de nouvelles perspectives sur l’interaction complexe entre les phénomènes aéroacoustiques et les effets thermiques dans les jets impactants. Ainsi, ce travail contribue à une meilleure compréhension des régimes d’écoulement optimisant à la fois la réduction du bruit et le transfert thermique dans des opérations industrielles, offrant ainsi des méthodes potentielles pour le contrôle acoustique et l’amélioration des performances thermiques dans les systèmes utilisant des jets impactants.