Présentation_des_résultats

Nous proposons en annexe I un tableau présentant les caractéristiques de nos essais " toit chauffant ". Nous y indiquons, pour chaque essai : l'élan-cement, la température de la plaque chauffante, la température des parois froides, la puissance électrique fournie, Les pertes thermiques et le flux moyen au niveau de la plaque chauffante.

Nous présentons (figures 3.1, 3.2) quelques profils de température •' moyenne sur l'axe vertical de la cavité. Pour chacun des élancements (1, 1/2,

1/4, 1/6) nous avons tracé quelques cas caractéristiques dans la gamme de Grashof étudiée.

Nous avons aussi représenté (figures 3.3, 3.41 des profils de tempé-rature le long de plusieurs horizontales situées à 2 mm, 10 mm et 30 mm de l'élément chauffant. Ces profils ne sont représentés que pour une demi-cavité, le champ de température..étant symétrique dans l'autre moitié de la cavité.

Remarquons à ce sujet l'importance d'une*parfaite horizontalité de l'élément chauffant, une inclinaison de quelques degrés modifiant totalement le phénomène en privilégiant un sens de convection naturelle dans toute la cavité.

Nous présentons nos résultats en coordonnées adimensionnelles afin de pouvoir les comparer par la suite, aux résultats des calculs numériques et à d'autres travaux.

Les coordonnées adimensionnelles sont construites comme suit : où L est la largeur de la cavité

* . {

T - T^f \ T^f e s t l a température d'échangeur

T - où j

T - T. [ T est la température d'élément chauffant - Dans cette configuration " toit chauffant ", l'élément moteur de la convectioi naturelle est lié â la présence des parois verticales refroidies et au gradient

thermique qu'elles engendrent dans la partie supérieure de la cavité. On voit dès lors que l'épaisseur de la couronne d'araldite entourant la plaque chauffante peut influer sur les gradients thermiques.

- Les profils de température moyenne (figures 3.3 et 3.4) montrent que, dans tous les cas, l'échange a surtout lieu en partie haute des parois verticales.

Le fluide est donc accéléré dans cette zone ; puis il s'écoule le long de la paroi froide en étant à la température froide, donc sans être accéléré.

On voit sur les profils de température que la zone d'échange correspond environ au quart supérieur de la cavité dans le cas de l'élancement 1.

- Parallèlement, l'effet moteur de coin permet le développement sous l'élément chauffant d'une couche limite du même type que celle qui se développe sous une plaque chauffante en milieu infini ; en effet, la présence de la paroi froide joue sensiblement le même rôle que l'échappement par les bords avec effet de panache en milieu infini. Cette couche limite est alimentée par le fluide froid qui est accéléré en s'échauffant dans l'axe de la cavité, en partie supérieure.

- Compte tenu des phénomènes décrits ci-dessus, la majeure partie de cavité (environ les trois quarts) est quasi stagnante et à la température des parois froides dans le cas de l'élancement 1. Comme l'indiquent les profils de tempé-rature sur l'axe (figures 3.1 et 3.2) le gradient vertical est resserré sous l'élément chauffant : 90Z est contenu dans moins de 5% de la hauteur.

Quant aux gradients horizontaux le long des échangeurs, ils n'existent aussi - comme on l'a vu précédemment - que dans le quart supérieur de la cavité. Ils sont très resserrés aux parois froides puisqu'ils occupent chacun environ 4%

de la demi-largeur de la cavité. Cela indique que les échanges locaux, proportion-nels au gradient thermique à la paroi, sont meilleurs en partie haute des parois froides que sous l'élément chauffant. C'est aussi cohérent avec le fait que les échanges sous une plaque chauffante horizontale en milieu infini sont très inférieurs à ceux le long d'une plaque verticale en milieu infini.

- Nous constatons (figures 3.1 à 3.4) que les zones de gradients thermiques horizontaux et verticaux sont d'autant plus petites que le nombre de Grashof

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-augmente. C'est bien logique puisque la puissance échangée est liée au nombre de Grashof et que le flux est proportionnel au gradient thermique à la paroi.

- L'élancement (pour les cas E « 1, 1/2, 1/4) ne modifie pas sensiblement les profils de température (figures 3.1, 3.2). Comme on l'a vu, l'effet moteur se situe dans la partie supérieure de la cav'.té et le fond mobile isolé est une condition limite trop éloignée pour influencer le phénomène. La zone occupée par le gradient vertical reste la même en valeur dimensionnelle tant que l'élancement est supérieur ou égal â 1/4. En effet, cette zone ne dépend alors que des conditions limites thermiques (T , T.) et ne ressent pas l'influence du fond mobile isolé. Mais, pour l'élancement 1/6 (H«2,5 cm), le fond mobile subit un certain échauffement car les surfaces d'échange froides ne sont plus suffisantes pour ramener le fluide à la température froide.

Le schéma d'interprétation (figure 3.5) que nous proposons résume les remarques précédentes. Nous représentons, pour les différentes zones de la cavité, l'allure des profils de température mesurés et l'allure des profils de vitesse supposés :

- le fluide est accéléré en partie haute des parois froides où il cède toute sa chaleur aux échangeurs

- il descend " en filet " le long de ces parois, avec une température uniformémei froide

- la majeure partie du fluide, à l'exception des zones proches des parois, est donc quasi stagnante et à la température froide

- dans la zone proche de la plaque chauffante, le fluide est accéléré vers le haut par le gradient de pression créé par l'effet moteur de convection naturelle ce fluide alimente en s'échauffant les couches limites qui se développent sous la plaque chauffante.

III. 1.2.2 £2SESEâi22S_âYS£_lS5_£Si£!iiS_n!iSlEi2HÊS_e£ les_ëtudes

Nous pouvons comparer nos résultats expérimentaux à ceux des calculs numériques présentés au Chapitre I.

Nous représentons (figure 3.6) les profils de température sur l'axe vertical de la cavité, obtenus par les calculs numériques et sur BIDIM ; ces profils sont tracés en valeur adimensionnelle, ce qui permet la comparaison.

Qualitativement, les profils évoluent tous dans le même sens quand le nombre de Grashof augmente : resserrement du gradient thermique sous la paroi chauf-fante. Cependant, il semble que cette évolution soit un peu plus fcrte dans le

g cas des calculs numériques ; en effet, le profil expérimental pour Ra_ «2,4.10

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