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Communication Dans Un Congrès Année : 2014

Dynamique de fusion de billes de glace en écoulement turbulent

Julien Bonaventure
  • Fonction : Auteur
Romain Volk
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 831575

Résumé

Nousétudions la fonte de grosses billes de glace dans unécoulement turbulent de von Kármánà très hauts nombres de Reynoldsà l'aide d'un montage optique couplant suivi de particules et ombroscopie. La mesure de la variation de taille d'une particule au cours du temps permet de mesurer le flux thermiqueà sa surface en fonction du nombre de Reynoldsà l'échelle de la particule ReD. Trois situations sont considérées : billes librement advectées dans tout l'écoulement, billes maintenues fixes dans une zone d'écoulement moyen nul, et billes maintenues fixes en présence d'unécoulement moyen fort. Dans les deux cas où les billes sont fixes, nous observons que le transfert thermique dans ce régime turbulent est toujours beaucoup plus fort que pour un régime laminaire, le nombre de Nusselt s'exprimant comme une loi de puissance en fonction du nombre de Reynolds : N u ∝ Re 0,8 D. Dans le cas des particules librement advectées, le transfert turbulent est encore augmenté et le nombre de Nusselt devient proportionnel au nombre de Reynolds. Le flux thermique par unité de surface est alors indépendant de la taille de la particule, ce qui correspondà un régime ultime de transfert de chaleur atteint lorsque la couche limite thermique est pleinement turbulente. Abstract. We study the melting dynamics of large ice balls in a turbulent von Kármán flow at very high Reynolds number. Using an optical shadowgraphy setup, we record the time evolution of particle sizes. We study the heat transfer as a function of the particle scale Reynolds number ReD for three cases : fixed ice balls melting in a region of strong turbulence with zero mean flow, fixed ice balls melting under the action of a strong mean flow with lower fluctuations, and ice balls freely advected in the whole flow. For the fixed particles cases, heat transfer is observed to be much stronger than in laminar flows, the Nusselt number behaving as a power law of the Reynolds number: Nu ∝ Re 0.8 D. For freely advected ice balls, the turbulent transfer is further enhanced and the Nusselt number is proportional to the Reynolds number Nu ∝ ReD. The surface heat flux is then independent of the particles size, leading to an ultimate regime of heat transfer reached when the thermal boundary layer is fully turbulent.
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Dates et versions

hal-02477756 , version 1 (13-02-2020)

Identifiants

  • HAL Id : hal-02477756 , version 1

Citer

Nathanaël Machicoane, Julien Bonaventure, Romain Volk. Dynamique de fusion de billes de glace en écoulement turbulent. Rencontres du Non Linéaire 2014, Mar 2014, Paris, France. ⟨hal-02477756⟩
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