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Theses Year : 2007

Theoretical and experimental study of the convection on flat plate in transitary mode

Étude théorique et expérimentale de la convection forcée sur plaque plane en régime transitoire

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Abstract

This research work treats the convective phenomena in transitory mode. More particularly, it identifies the convective exchange coefficient on a heated plane plate and placed in a rectangular channel. Two analytic models are discussed:The first model is based on the resolution of the heat propagation equation in a plate using the Green functions method. By this method the evolution of penetrating parietal flow in the fluid and the convective exchange coefficient are deduced in a rigorous way. We notice that this coefficient takes very significant values in the vicinity of t = 0 then decreases and tends towards a constant limit value in permanent mode near the values obtained from the correlations used in he literature. The second model is based on the resolution of the fluid energy equation in the case of a heat flow applied to the solid-fluid interface also by using the Green functions method. This original approach allows, by knowing the speed profile in the dynamic boundary layer, to determine the temperature profile in all the fluid and thus the temperatures and the thermal boundary layer. An experimental test bench permitted to identify the necessary limiting conditions for the two analytical models. In this test bench the plane plate is exposed on its lower face to a crenel of flow transmitted by conduction and penetrating in the fluid by the higher face without disturbing the flow. An Infra-red Camera is installed towards the plate in order to record the temperature profile on this face. To avoid modifying the thermal and dynamic boundary layers, no flow measurement system is installed on the higher face of the plate.
Ce travail de recherche traite les phénomènes convectifs en régime transitoire et plus particulièrement l’identification du coefficient d’échange convectif sur une plaque plane chauffée et placée dans un canal rectangulaire. Nous avons élaboré deux modèles analytiques : Le premier modèle est fondé sur la résolution de l’équation de propagation de la chaleur dans une plaque par la méthode des fonctions de Green, permettant de déduire de façon rigoureuse l’évolution du flux pariétal pénétrant dans le fluide, puis le coefficient d’échange convectif. Nous constatons que ce coefficient prend des valeurs très importantes au voisinage de puis décroît et tend vers une valeur limite constante en régime permanent proche des valeurs obtenues à partir des corrélations issues de la littérature. Le deuxième modèle, concerne quand à lui la résolution de l’équation de l’énergie dans le fluide dans le cas d’un flux de chaleur appliqué à l’interface solide-fluide en utilisant également la méthode des fonctions de Green. Cette démarche originale permet, connaissant le profil de vitesse dans la couche limite dynamique, de déterminer le profil de température dans tout le fluide et ainsi les températures et la couche limite thermique. Un banc d’essais expérimental a permis d’identifier les conditions limites nécessaires pour les deux modèles analytiques. Dans ce banc d’essais la plaque plane est exposée sur sa face inférieure à un créneau de flux transmis par conduction et pénétrant dans le fluide par la face supérieure sans perturber l’écoulement. Une Caméra Infrarouge installée en regard de la plaque permet d’enregistrer le profil de température sur cette face. Aucun système de mesure de flux n’est installé sur la face supérieure de la plaque ce qui évite de modifier les couches limites thermique et dynamique.
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Cite

Ali Grine. Étude théorique et expérimentale de la convection forcée sur plaque plane en régime transitoire. Mécanique [physics.med-ph]. Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis, 2007. Français. ⟨NNT : 2007VALE0034⟩. ⟨tel-02998504⟩
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