Numerical simulation of the pulse effects

on an immersed turbulent plane jet

SIMULATION NUMERIQUE DE L’INFLUENCE DE LA PULSATION

SUR UN JET PLAN IMMERGE EN REGIME TURBULENT

S. Marzouk Khairallal1, H. Mhiri1, G. Le Palec2*, P. Bournot2

1 Laboratoire de Mécanique des fluides et thermique,Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir, route de Ouardanine 5020 Monastir, Tunisie,

2 Equipe IMFT, Institut de Mécanique de Marseille,UNIMECA, 60 rue Joliot - Curie, Technopôle de Château - Gombert,

13453 Marseille Cedex 13, France

* Corresponding author. E-mail : Lepalec@unimeca.univ-mrs.fr

Received: 29 January 2003; revised version accepted : 20 December 2003

Abstract

A numerical study of a plane pulsed jet in turbulent mode was undertaken in order to determine the influence of several parameters such as the Strouhal number and the pulsation amplitude on the dynamic greatnesses and on the temperature of the flow. The pulsed jets are unsteady flows: at a given instant, the velocity and the temperature fields verified the continuity, the momentum and the energy equations. The closing of the equations system obtained is ensured by the model of the turbulent kinetic energy k and the turbulent kinetic energy dissipation rate e : model k-e . A finite difference method is used to solve the dimensionless equations governing the flow. The grid used is uniform in the transversal direction and nonuniform in the longitudinal direction. On the other hand the step of adopted temporal calculation is constant. The elaborate numerical computer code enabled us to establish the unsteady dynamic and thermal characteristics of a pulsed plane jet while varying the frequency and the pulsation amplitude. The results obtained enable us to note that the pulsation accelerates the initial development of the jet and improves the diffusion, the entrainment and the heat exchange with the surrounding medium in the first diameters. Far from the emission source, it does not modify the flow parameters. The results found in this work are validated using those obtained for the not pulsed jet in its various areas.

Keywords : Plane jet ; Pulsed ; Turbulent regime ; k-e model ; Pulsation amplitude ; Pulsation frequency.

Résumé

Une étude numérique portant sur un écoulement de type jet plan pulsé en régime turbulent a été menée afin de déterminer l’influence de plusieurs paramètres tels que le nombre de Strouhal et l’amplitude de la pulsation sur les grandeurs dynamiques et sur la température l’écoulement. Les jets pulsés sont des écoulements non permanents : à un instant donné, les champs de vitesse et de température vérifient l’équation de continuité, les équations de conservation de la quantité de mouvement et de l’énergie. La fermeture du système d’équations est assurée par le modèle de l’énergie cinétique turbulente k et du taux de dissipation de l’énergie cinétique turbulente e , dit modèle k-e . La résolution des équations associées à leurs conditions aux limites est effectuée après adimensionnement par une méthode aux différences finies. Le maillage utilisé est uniforme dans la direction transversale et non uniforme selon la direction longitudinale. Par contre le pas de calcul temporel adopté est constant. Le code de calcul numérique élaboré nous a permis d’établir les caractéristiques dynamiques et thermiques instationnaires de l’écoulement en faisant varier la fréquence et l’amplitude de pulsation. Les résultats obtenus nous permettent de constater que la pulsation accélère le développement initial du jet et améliore la diffusion, l'entraînement ainsi que l’échange thermique avec le milieu environnant dans les premiers diamètres. Loin de la source d’émission, elle ne modifie pas les paramètres de l'écoulement. Les résultats trouvés sont validés à l’aide de ceux obtenus dans le cas du jet non pulsé dans ses différentes régions.

Mots Clés : Jet plan ; Pulsé ; Régime turbulent ; Modèle k-e  ; Amplitude de pulsation ; Fréquence de pulsation.

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