Etude expérimentale et numérique des déformations pariétales sur l’intensification des transferts de chaleur et du mélange dans un écoulement interne tubulaire

Ce travail porte sur l’intensification des transferts massiques et thermiques au sein d’un écoulement interne dans des géométries tubulaires dont les parois sont macro-déformées. Deux configurations géométriques sont étudiées : (i) la géométrie « DT » (Deformed Tube) où la paroi du tube est sinusoïdalement déformée et (ii) la géométrie « DETSC » (Deformed External Tube and Swirled Core » où un noyau central générant un mouvement de « swirl » est inséré. L’étude est menée par voie numérique et expérimentale pour un régime d’écoulement laminaire. L’objectif est d’évaluer l’influence du pas du noyau interne sur la qualité du mélange et les transferts thermiques. L’analyse est menée selon deux axes : (i) l’aspect expérimental au niveau global par la détermination de la Distribution des Temps de Séjours et des pertes de charges et (ii) l’aspect local, purement numérique, faisant appel à différents outils numériques de la mécanique des fluides. Les profils de vitesses et le taux de mélange permettent de caractériser finement les écoulements secondaires générés. Les propriétés du comportement chaotique sont analysées sous forme de section de Poincaré. Les résultats montrent l’apparition de phénomènes d’advection chaotiques dans les deux configurations étudiées mais pour des nombres de Reynolds plus bas dans la configuration DETSC. L’analyse des propriétés de l’écoulement permet d’expliquer l’allure des performances thermo-hydrauliques et les phénomènes d’intensification en fonction du pas du « swirl ».