Analyse de l'écoulement d'air autour d'un cylindre en convection mixte
La convection mixte, résultant de l’interaction entre écoulement forcé et flottabilité, influence fortement le refroidissement des systèmes électroniques. Sa prédiction reste complexe en raison du couplage non linéaire entre inertie et effets thermiques, ainsi que des transitions de régime associées. Ce travail vise à analyser les mécanismes gouvernant la convection mixte lorsque les deux contributions sont comparables. Une configuration simplifiée basée sur un cylindre chauffé est étudiée afin d’isoler les interactions entre sillage hydrodynamique et panache thermique. Une approche expérimentale est mise en œuvre : le cylindre est chauffé par cartouche interne et soumis à un écoulement d’air imposé. La température est mesurée par thermocouples et le champ de vitesse est obtenu par PIV. L’analyse s’appuie sur les nombres de Reynold Re, Grashof Gr et Richardson Ri (Gr/Re2), les conditions couvrant un large domaine de Ri (0.05≲Ri≲25). Les résultats montrent une évolution de l’écoulement avec Ri. Pour Ri assez faible, le régime est dominé par la convection forcée et présente un sillage classique. Lorsque Ri augmente, un panache thermique dévié apparaît. Les interactions les plus intenses sont observées pour Ri≈10, caractérisées par une forte asymétrie du sillage, suggérant un décalage du régime de convection mixte par rapport aux critères classiques (Ri≈1). Des critères d'identification de régime basés sur les champs de vitesse sont proposés : l’analyse de la vorticité de l'écoulement révèle un renforcement des couches de cisaillement lorsque les effets de flottabilité deviennent significatifs tandis que l'énergie cinétique turbulente (TKE) met en évidence une augmentation des fluctuations dans le sillage, traduisant un couplage fort entre effets thermiques et hydrodynamiques. Les travaux en cours visent à affiner ces critères d’identification du régime et à le relier au coefficient de convection h puis d'exploiter ces résultats pour optimiser la géométrie.
Work In Progress