Etude de l’influence des paramètres opératoires sur l’intensification du transfert de chaleur en présence d’ultrasons

Résumé :

Ce travail de thèse porte sur l’utilisation des ultrasons comme méthode d’intensification des transferts thermiques en convection forcée. L’objectif de ce travail de thèse vise à mieux comprendre les mécanismes physiques en place, permettant ainsi d’optimiser les paramètres opératoires dans une perspective d’utilisation industrielle. Pour cela, une section d’essais, constituée d’un canal d’écoulement et d’une plaque chauffante, a été utilisée. Cette section d’essais permet d’intégrer un ou deux émetteurs ultrasonores. L’étude de l’influence des ultrasons est structurée à partir d’une analyse du transfert thermique convectif et de l’hydrodynamique. De plus, l’ensemble de cette étude est réalisé pour deux fréquences ultrasonores distinctes, 25 kHz et 2 MHz. Dans un premier temps, les effets produits par la combinaison de plusieurs champs ultrasonores de fréquence différente ont été étudié. Les résultats ont montré que la combinaison de champs ultrasonores permet d’améliorer l’activité cavitationnelle, se traduisant par une génération de turbulence au sein de l’écoulement. Lorsque cette turbulence est générée à proximité de la paroi chauffante, l’intensification du transfert thermique produite par les ultrasons est plus importante que dans le cas d’un champ ultrasonore unique. Dans un second temps, l’étude se porte sur l’influence des ultrasons sur le transfert thermique en fonction du régime d’écoulement. L’augmentation du nombre de Reynolds se traduit par une atténuation des effets hydrodynamiques produits par les ultrasons, néanmoins les effets sur le transfert thermique diffèrent selon la fréquence ultrasonore. L’ensemble des résultats de cette étude ont démontré un lien étroit entre l’intensification du transfert thermique produite par les ultrasons et l’épaisseur initiale de la couche limite thermique en conditions silencieuses. Enfin, une analyse énergétique a permis de montrer l’intérêt de l’utilisation des ultrasons pour intensifier les transferts thermiques dans le cadre d’applications industrielles.