Étude expérimentale de l'écoulement de convection mixte à travers un orifice horizontal reliant deux compartiments

​Kévin Varrall a soutenue sa thèse le 31 mars 2016 au Technopôle Château-Gombert à Marseille.

Afin de répondre à des problématiques de sûrété incendie liées à la propagation des fumées, cette thèse aborde l’écoulement de convection mixte à travers un orifice horizontal reliant deux compartiments. L’objectif est d’améliorer la connaissance et la modélisation de l’échange de gaz à masses volumiques variables à travers l’orifice. Une étude expérimentale à échelle réduite couplée à une approche théorique est proposée.

L'étude est d'abord focalisée sur l’influence du rapport géométrique L/D de l’orifice sur la variation de débit échangé pour un régime de convection naturelle. Des mesures non intrusives de ces débits, par suivi de l'interface entre deux liquides non miscibles lors d'une première approche densimétrique, ainsi que par Stéréo PIV en sortie d'orifice dans une approche thermique, permettent de décrire le processus d'échange bidirectionnel et de conforter les corrélations existantes.

Des expériences en régime de convection mixte visent ensuite à caractériser l’influence d’une ventilation mécanique (en soufflage et en extraction) sur les débits échangés. La confrontation des corrélations existantes avec les points expérimentaux montre des écarts importants. Une modification d'une corrélation (Cooper 89) largement utilisée dans les codes à zones est proposée et permet d'en accroitre la précision. En parallèle, une approche théorique issue des équations de Navier Stokes simplifiées et sous l’approximation de dite "de Boussinesq" permet de discuter la construction des corrélations existantes. L'ajustement de coefficients de pertes de charge à partir des points expérimentaux propose un modèle plus performant que ceux disponibles dans la littérature.