Changement de phase de grosses particules dans un écoulement turbulent
Résumé
Nous étudions la fonte de grosses billes de glace dans un écoulement turbulent de von Kármán à très hauts nombres de Reynolds à 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 ux ther-mique à sa surface en fonction du nombre de Reynolds à l'échelle de la particule Re D. Trois situations d'écoulement sont considérées : billes librement advectées dans tout l'écoulement, billes maintenues xes dans une zone d'écoulement moyen nul, et billes maintenues xes en présence d'un écoulement moyen fort. Dans les deux cas où les billes sont xes, 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 ux thermique par unité de surface est alors indé-pendant de la taille de la particule, ce qui correspond à 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 ow at very high Reynolds numbers with an optical setup based on both particles tracking and shadowgraphy. By recording the particle size variation along time, we obtain the heat ux at the ice ball surface as a function of the particle scale Reynolds number Re D. Three cases of ow are studied : ice balls freely advected in the whole ow, ice balls xed in a zero mean ow region and ice balls xed in a strong mean ow. For the two xed cases, we observe heat transfers much stronger than in laminar ows, the Nusselt number behaving as a power law as a function of the Reynolds number: N u ∝ Re 0.8 D. For freely advected ice balls, the turbulent transfert is further enhanced and the Nusselt number is proportionnal to the Reynolds number. The surface heat ux is then independant of the particles size, leading to an ultimate regime of heat transfert reached when the thermal boundary layer is fully turbulent.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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