Caractéristiques dynamiques et thermiques d'un jet axisymétrique à propriétés variables : effet de la flottabilité

Abstract

On propose, dans ce présent travail, des solutions numériques pour un écoulement stationnaire de type jet axisymétrique en régime laminaire. La variation des propriétés comme la masse volumique, la viscosité et la conductivité thermique avec la température est tenue en compte dans la formulation du problème. La variation du nombre de Prandtl avec la température est négligée. L'effet de l'écart de température entre le jet et le milieu ambiant est analysé en fonction du rapport des températures initiales Λ, pour les deux cas (Λ = T₀/T_∞ > 1 et Λ = T₀/T_∞ < 1). L'effet des conditions d'émission (dites initiales) est aussi pris en compte dans cette étude, pour deux types de profils de vitesse et de température : uniforme et parabolique. La solution des équations régissant l'écoulement de type jet à propriétés variables est obtenue par une méthode aux différences finies. Les grandeurs analysées sont la vitesse et la température au centre, la vitesse et la température modifiées au centre, la demi-épaisseur dynamique et thermique du jet. Les deux régimes de convection mixte et forcée sont étudiés. Les résultats obtenus sont comparés à ceux proposés par d'autres auteurs, qui ont considéré deux contraintes d'intégration basées sur la conservation de la quantité de mouvement et de l'énergie qui remplacent, pour la résolution des équations, les conditions d'émission à la sortie de la buse. La comparaison des résultats obtenus par le présent modèle et ceux obtenus pour le cas où les propriétés sont prises constantes ainsi que ceux obtenus par d'autres auteurs est réalisée. Nos résultats et ceux proposés par ces auteurs montrent un accord satisfaisant uniquement dans la région loin de la buse, où les forces de flottabilité l'emportent sur les forces d'inertie.