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24ème Congrès Français de Mécanique Brest, 26 au 30 Août 2019 Effet de l'espace

24ème Congrès Français de Mécanique Brest, 26 au 30 Août 2019 Effet de l'espacement entre les diffuseurs d'air sur l'amélioration du mélange dans un système multi- jets Walid Medaouara, Mohamed Braikiaa, Larbi Loukarfia, Ali Khelila, and Hassane Naji2 a. Université de Hassiba Ben Bouali Chlef (LCEMSM UHBCHLEF) - Algérie- walidmedaouar@gmail.com b. Civil Engineering Geo-Environment Laboratory (LGCgE- EA 4515), Artois University, France – Universite´ d’Artois – France- hassane.naji@univ-artois.fr Résumé : Une étude expérimentale et numérique du champ dynamique d'une configuration de jet d'air multiple lobé appliqué au confort dans les locaux à usage d'habitation est présentée dans ce travail. L'objectif visé est l'amélioration de l'efficacité de la diffusion d'air et l'homogénéisation dynamique et thermique dans la zone d'occupation par un moyen passif à moindre coût. Trois configurations du jet multiple lobé ayant le même nombre de jets et le même flux de quantité de mouvement sont étudiées pour examiner l'effet de l'espacement entre le diffuseur central et les diffuseurs périphériques sur l'amélioration de l'homogénéisation thermique et dynamique de l'ambiance traitée. Les configurations étudiées sont des configurations à 5 jets lobés dont l'espacement entre le jet central et les jets périphériques varie de 100mm à 160 mm. Après conception et réalisation du banc d'essai, nous avons mené une série de mesures expérimentales pour étudier l'effet du paramètre espacement entre le jet central et les jets périphériques sur l'augmentation du mélange du jet d'air injecté avec l'air ambiant. La vitesse est utilisée pour quantifier ce mélange, sa distribution dans la direction axiale et radiale indiquera sa qualité. Numériquement, le modèle de premier ordre SST K-ω a été utilisé. Le modèle SST K-ω a pu prédire proprement la décroissance axiale de la vitesse normalisée ainsi que sa distribution radiale pour le cas d'un jet multiple lobé sur tout le domaine étudié. Les résultats expérimentaux et numériques ont montré l'influence qu'engendre La modification de l'espacement entre les jets latéraux et le jet central sur la diffusion de l'air et sur l'homogénéisation de l'ambiance traité. Il s'est avéré que lorsque l'espacement est de 100 mm (soit 2.5 Diamètre équivalent de la buse lobée), la vitesse diminue plus rapidement dans la direction axiale que dans les deux autres cas étudiés et la fusion entre les jets est plus précoce, ce qui conduit dans ce cas, à une augmentation plus importante de la diffusion latérale et donc à une meilleure homogénéisation et stabilité dynamique. Abstract: In this study, an experimental and numerical study of the dynamic field of a multiple lobed air jets configuration applied for comfort in residential premises is presented. The objective is to improve the efficiency of air diffusion and thermal homogenization in the occupation zone by passive means at a 24ème Congrès Français de Mécanique Brest, 26 au 30 Août 2019 lower cost. Three configurations of multiple lobed jets having the same number of jets and the same momentum flux are studied to examine the effect of the spacing between the central jet and the peripheral jets on improving thermal homogenization of the treated atmosphere. The spacing between the central jet and the peripheral jets ranges from 100 mm to 160 mm. After the design and construction of the experimental installation, we conducted a series of experimental measurements to study the effect of the spacing parameter between the central jet and the peripheral jets on mixing augmentation of the injected air jet with the ambient air. The velocity is to quantify dynamic homogenization, its distribution in the axial and radial direction will indicate the quality of the mixture. Numerically, the first-order numerical model SST K-ω was used. The SST K-ω model was able to predict properly the axial decrease of the reduced velocity as well as its distribution in the radial direction in the case of a multiple lobed jet over the whole studied domain. Experimental and numerical results have shown that the modification of the spacing between the lateral jets with respect to the central jet causes an influence on the diffusion and the dynamic homogenization. It appears that when the spacing is 100 mm (or 2.5 equivalent diameter of the lobed nozzle), the velocity decreases more rapidly in the axial direction and the fusion between the jets is earlier which increases the lateral diffusion and therefore a better homogenization. Mots clefs : jet multiple, jet lobé, ventilation, expérimentation, turbulence, simulation numérique 1 Introduction Les jets multiples sont largement rencontrés dans les installations d'ingénierie. La configuration d’un jet multiple comprend deux ou plusieurs jets issus du même plan de sortie, séparés par une distance finie. L'une des principales applications des jets multiples est d'augmenter le mélange des écoulements. Un jet d’air lobé consiste à souffler de l’air à travers une buse asymétrique dite lobée. Une buse lobée a une section circulaire à l’entrée et une forme enroulée à la sortie. Les jets multiples sont souvent utilisés pour améliorer le transfert de chaleur dans les systèmes de chauffage, de ventilation et de refroidissement des locaux Braikia[1], Khelil [2], Medaouar[3]. Nastas et al [4] ont démontré que le jet issu d’une grille rectangulaire de diffusion d’air avec des ailettes lobées assure un meilleur mélange dans une chambre qu’une grille avec des ailettes droite. Numériquement, Depuru Mohan et al [5] ont comparé numériquement la performance du mélange d’un jet unique lobé à deux autres configurations de jets multiples : circulaire et lobés pour le même flux de quantité de mouvement à l’entrée de la buse en utilisant le modèle de turbulence utilisé était le Standard k-ε. Ils ont conclu qu’il est plus efficace d'avoir de multiples jets de petite section au lieu d'un seul de grande section jet pour le même flux de quantité de mouvement à l’entrée de la buse. Dans ce travail nous avons étudier expérimentalement et numériquement l’effet de l’espacement entre les jets latéraux et le jet centrale pour une configurations de jet multiple à 5 jets lobés. 2 Installation expérimentale Les expériences ont été réalisées dans un local de dimensions 3.5m de longueur, 3.8m de largeur et 2.9m de hauteur. Ces dimensions permettent de réaliser au mieux des essais dans des conditions de jets verticaux libres à forces de poussées défavorables. Le dispositif expérimental réalisé est composé d’un châssis en métal de dimensions 90cm de longueur, 40cm de largeur et 200cm de hauteur sur lequel est 24ème Congrès Français de Mécanique Brest, 26 au 30 Août 2019 fixé le dispositif de soufflage, ce dernier comprend sept appareils avec des diffuseurs lobés soufflant de l’air chaud sont placés et dirigés vers le bas (figure 1). Les vitesses (Ui) du jet sont mesurées par un thermo-anémomètre multifonctionnel (type Velocicalc Plus). Les données peuvent être visualisées sur un écran, imprimées, ou téléchargées sur un tableur, ce qui nous permet de transférer facilement ces données à un ordinateur pour un traitement statistique. La sonde est supportée par une tige guidée verticalement et horizontalement pour balayer le maximum d’espace. 1- Sèche-cheveux 2- Buses lobées 3-Sonde du thermoaéromètre 4- Thermo anémomètre Figure 1: Schéma descriptif de l'installation expérimentale 3 Dispositif de soufflage La figure 2 montre la géométrie des diffuseurs lobés utilisés ainsi que la configuration du jet multiple étudié. La buse consiste en un tube circulaire de diamètre D=40 mm avec une sortie lobée en forme de marguerites à 6 lobes inclinés avec des angles de pénétration externe et interne θout et θin de 14° et 22° respectivement. La longueur des lobes H est de 15mm tandis que la largeur W est de 6mm. Figure 2 : schématique de la buse lobée 1 2 3 4 r Z 24ème Congrès Français de Mécanique Brest, 26 au 30 Août 2019 4 Configurations étudiées Trois configurations de jet multiples lobés ont été testés expérimentalement (figure 3). Chaque configuration comprend 5 jets lobés, dont un jet central entouré par 4 jets périphériques. Les valeurs de l’espacement S entre les jets latéraux et le jet central pour les configurations 1,2 et 3 sont 100mm, 113mm et 116mm respectivement ce qui donne des taux d’espacement S/D de 2.5, 3 et 4 ; où D est le diamètre d’une buse lobée. La vitesse de référence U0 mesurée à la sortie des jets vaut 9.20 m/s. Le nombre de Reynolds du jet (Re) en fonction du diamètre des buses D et de la vitesse moyenne à l’entrée des buses Uin est de 1.8*104. Figure 3 : Configurations testées (5 jets) 5 Simulation numérique Les équations gouvernantes de la conservation de la masse, du moment et de l'énergie pour un écoulement turbulent stationnaire incompressible et tridimensionnel sont écrites respectivement en notations tensorielle dans les coordonnés cartésiennes comme suit : Où U, P et T dénote les quantité moyennes de la vitesse, la pression et la température respectivement. Est la viscosité dynamique, est la capacité thermique, et est la conductivité thermique. Les contraintes moyennes de Reynolds et les flux de chaleur turbulents et résultants de l'opération de moyennage doivent être modélisés à l'aide du modèle de turbulence pour fermer les équations. 24ème Congrès Français de Mécanique Brest, 26 au 30 Août 2019 Numériquement, Le modèle choisi uploads/Management/communication-cfm-2019.pdf