Analyse des jets lobés en vue de leur intégration dans les Unités Terminales de Diffusion d'air
Institution:
La RochelleDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The thesis presents passive mixing devices for vehicles and buildings air Diffusion Terminal Units. An experimental approach shows that lobed jets (LJ) from daisy-nozzles offer up to 4 times greater entrainment than a circular jet (CJ). Several phenomena are responsible for this performance: the Kelvin-Helmholtz (KH) vortices are discontinuous where the nozzle curvature radius turns to infinite; the resulting ring segments have different frequencies; this cutting of the KH vortices enables the development of secondary structures; their entrainment is amplified by the double inclination of the injection boundary. In its far field the LJ does not become axisymmetric. The benefit of induction is about 30% greater than for the CJ with comparable throw. Additionally, we propose to explore jets from lobed orifices, representing an interesting shape of air diffuser for our application. All these LJ display better mixing than the CJ. The cross orifice shows up to 3. 5 times greater entrainment in the near field. In the far field, the induction benefit is about 90%. The variation of the initial Reynolds does not affect this performance. The governing mechanisms of the axis switching in the LJ are elucidated. Just as for the lobed nozzle the KH vortices are discontinuous enabling the presence of permanent streamwise vortices located in the lobe troughs. Finally the role of 2 types of vortices in the entrainment process of the CJ and LJ is evaluated. Particularly is found that in the CJ the temporal variation of the entrainment rate is controled by the passage of the KH structures while in the LJ their discontinuous nature allow this rate to be kept at a constant level.
Abstract FR:
La thèse présente des moyens passifs de mélange de jets turbulents intégrables dans des Unités Terminales de Diffusion d’air du bâtiment et du transport. Il est montré expérimentalement que des jets lobés (JL) de buses marguerites offrent une induction jusqu’à 4 fois celle d’un jet circulaire (JC). Les phénomènes à l’origine de cette performance sont mis en évidence: les vortex de (KH) sont discontinus aux points de passage à l’infini du rayon de courbure de la buse; les segments d’anneaux résultants ont des fréquences différentes; ce découpage favorise le développement de vortex secondaires dont le pouvoir d’induction est amplifié par une double inclinaison de la frontière d’injection. Dans sa région lointaine le JL n’est pas axisymétrique. Le gain d'induction par rapport au JC est de 30% avec une portée comparable. Plus loin, il est proposé de générer des jets par des orifices lobés, variante intéressante pour l’application visée. Ces JL sont plus performants que le JC de référence. L’orifice croix offre une induction 3. 5 fois plus grande au soufflage. En région lointaine le gain est de 90%. La variation du Reynolds n’altère pas sa performance. Le JL présente un croisement d’axes dont le mécanisme est élucidé. A l'instar du JL de buse sont mis en évidence des vortex de KH discontinus permettant le développement de vortex secondaires permanents dans les creux de l’orifice. Enfin, le rôle des deux types de vortex dans le processus de mélange est élucidé. En particulier, le taux d’induction dans le JC est controlé par le passage des vortex de KH tandis que dans le JL la nature discontinue de ces derniers conduit à un niveau constant de l'entraînement.