Étude d’un système de diffusion d’air à plusieurs formes géométriques pour améliorer le transfert thermique dans les ambiances

Abstract

Dans un contexte où la maîtrise de l‟efficacité énergétique et la qualité des ambiances intérieures constituent des enjeux majeurs, cette recherche est consacrée à l‟analyse des jets turbulents générés par des diffuseurs de géométries non conventionnelles. Les différents diffuseurs étudiés ont été conçus et réalisés au sein du Laboratoire de Contrôles, Essais, Mesures et Simulations Mécaniques (LCEMSM). L‟objectif principal est de comprendre l‟effet des paramètres géométriques sur la dynamique du jet, afin d‟identifier les configurations capables d‟assurer une diffusion homogène et une répartition maîtrisée du flux d‟air. La démarche adoptée s‟articule autour de deux approches complémentaires. L‟étude numérique repose sur la résolution des équations de Navier–Stokes, fermées par le modèle de turbulence k–ω SST, permettant de prédire le comportement dynamique et thermique de jets issus de différentes géométries. L‟analyse de l‟évolution axiale, de l‟entrainement latéral et de la dissipation turbulente a permis de caractériser les mécanismes gouvernant le développement du jet. Les résultats mettent en évidence l‟influence déterminante des paramètres géométriques et de la disposition des diffuseurs sur les mécanismes de mélange et de transfert thermique. Parmi les configurations étudiées, le diffuseur lobé à six lobes présente les meilleures performances, permettant une amélioration du transfert thermique d‟environ 31,7 % par rapport à la géométrie circulaire. L‟étude expérimentale a ensuite été conduite afin de compléter les résultats numériques. Les mesures réalisées ont permis d‟analyser l‟évolution axiale et radiale des profils de vitesse et de caractériser la structure de l‟écoulement. Les résultats expérimentaux mettent en évidence l‟influence d‟une grille de soufflage sur la structuration du jet ainsi que celle de la géométrie du diffuseur. En effet les résultats obtenus confirment que la géométrie du diffuseur joue un rôle déterminant dans la formation des structures tourbillonnaires favorisant l‟épanouissement du jet. Les configurations lobées et tourbillonnaires se distinguent par leur capacité à favoriser l‟entrainement du fluide ambiant, à intensifier la diffusion radiale. Il a également été observé qu‟à environ vingt diamètres hydrauliques (20D), le jet atteint un régime pleinement développé. IV Sur l‟ensemble des géométries étudiées, la configuration lobée à six lobes s‟est révélée la plus performante, grâce à sa capacité à maintenir un épanouissement radial et une répartition régulière de l‟énergie cinétique. Ces résultats ouvrent la voie à des stratégies de conception de diffuseurs basées sur le contrôle passif de la turbulence, en privilégiant des solutions durables et moins énergivores. En définitive, cette thèse apporte une contribution significative à la compréhension des interactions entre géométrie de diffuseurs, phénomènes turbulents et diffusion du flux d‟air. Elle propose également des critères de conception pour des diffuseurs de nouvelle génération, orientés vers la performance aéraulique et l‟optimisation des ambiances intérieures