Etude expérimentale de l’influence du rayonnement sur la dynamique d’un écoulement turbulent de convection naturelle en cavité différentiellement chauffée

Les écoulements de convection naturelle sont des écoulements générés par la présence d’un gradient de masse volumique au sein d’un fluide soumis à la pesanteur. Ce gradient peut lui-même être généré par un gradient de température dans le fluide. On observe fréquemment des écoulements de convection naturelle dans la vie courante. Ils sont également présents dans de nombreux domaines industriels où ils jouent un rôle important pour l’optimisation des transferts thermiques fluide-paroi. Afin d’étudier ces écoulements et les transferts thermiques associés, une cavité différentiellement chauffée est utilisée ici. Il s’agit d’une enceinte fermée parallélépipèdique comprenant deux parois verticales et opposées imposant un gradient de température horizontal au fluide situé à l’intérieur de la cavité. C’est une configuration académique couramment utilisée.

L’objectif de ce travail consiste à caractériser expérimentalement les effets du rayonnement sur un écoulement de convection naturelle fortement turbulent. Cette étude s’inscrit dans la continuité du travail de Belleoud et al. (2018) qui ont étudié expérimentalement ces écoulements et les transferts thermiques associés en l’absence de rayonnement. La cavité différentiellement chauffée utilisée mesure 3,84 m de haut, 1 m de large et 0,86 m de profondeur. Afin d’observer les effets du rayonnement sur l’écoulement, une comparaison est faite en modifiant les émissivités des parois adiabatiques haute et basse de la cavité. Tout d’abord, un film aluminisé (mylar) d’émissivité ϵ\epsilon = 0,10 recouvre ces dernières. Puis, le revêtement est enlevé et de la peinture noire est appliquée pour obtenir une émissivité de ϵ\epsilon = 0,92. La dynamique de l’écoulement est caractérisée par Vélocimétrie par Image de Particules pour ces deux cas. L’analyse des résultats permet de mettre en évidence la contribution du rayonnement sur la dynamique de l’écoulement dans les différentes zones d’intérêt du système : couches limites, cœur de la cavité, ...

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