CONTRIBUTION A L'ETUDE DES TRANSFERTS DE CHALEUR DANS LES CAVITES THERMIQUEMENT ENTRAINEES A GRAND NOMBRE DE RAYLEIGH PDF Download
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Author: Francis Allard Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 336
Book Description
ETUDE EXPERIMENTALE ET THEORIQUE DE LA CONVECTION NATURELLE D'ORIGINE THERMIQUE, AVEC DEVELOPPEMENT D'OUTILS NUMERIQUES POUR RESOUDRE LES EQUATIONS DE LA CONVECTION COUPLEE AUX AUTRES MODES DE TRANSFERT (CONDUCTION, RAYONNEMENT); METHODE SPECTRALE DE TCHEBYCHEFF
Author: Francis Allard Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 336
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ETUDE EXPERIMENTALE ET THEORIQUE DE LA CONVECTION NATURELLE D'ORIGINE THERMIQUE, AVEC DEVELOPPEMENT D'OUTILS NUMERIQUES POUR RESOUDRE LES EQUATIONS DE LA CONVECTION COUPLEE AUX AUTRES MODES DE TRANSFERT (CONDUCTION, RAYONNEMENT); METHODE SPECTRALE DE TCHEBYCHEFF
Author: N. D Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 229
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Ce travail présente des résultats expérimentaux obtenus dans une cavité différentiellement chauffée de 4 m de hauteur. Dans cette étude, des cartographies de température (micro-thermocouples) et de vitesse (LDV 2D et PIV standard) ont été établies pour des écoulements de convection naturelle turbulente à grands nombres de Rayleigh (4,0x1010 ≤ RaH ≤ 1,2x1011) tout en respectant l'approximation de Boussinesq. L'exploitation des résultats expérimentaux a, entre autre, permis de caractériser la stratification thermique au centre de la cavité ainsi que son évolution en fonction du nombre de Rayleigh pour différentes émissivités des parois passives. En outre, cette caractérisation a permis de connaître les répartitions des flux échangés à la paroi, la typologie des écoulements au voisinage des parois actives et dans le plan vertical médian, ainsi que le cheminement du fluide dans la partie haute de la cavité. Ces résultats sont ensuite comparés à ceux obtenus dans d'autres cavités différentiellement chauffées de moindres dimensions étudiées antérieurement au laboratoire. L'ensemble de ces résultats montre une grande cohérence et nous permet de déterminer des lois d'évolution de la vitesse maximale atteinte dans la cavité et du transfert de chaleur aux parois en fonction du nombre de Rayleigh en régime laminaire et turbulent. En parallèle, une étude numérique 2D a été réalisée. Son objectif est d'étudier l'influence du rayonnement de surface ou volumique sur la structure de l'écoulement et sur les modes de transfert de chaleur. A cette fin, un module de transferts radiatifs a été implanté dans un code Volumes Finis de convection naturelle turbulente existant. La modélisation de la turbulence est réalisée par une approche LES avec un modèle de diffusivité de sous maille adapté à la convection naturelle. La partie rayonnement est traitée à l'aide d'un modèle de gaz gris par bande, associé à une méthode aux ordonnées discrètes. Une analyse de l'influence du rayonnement de parois et/ou de gaz sur les écoulements turbulents de convection naturelle est réalisée pour un nombre de Rayleigh de 1,2x1011.
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L'essentiel de mon travail de recherche porte sur l'étude des instabilités thermoconvectives en convection mixte. Il comporte aussi bien des aspects expérimentaux que numériques.Dès qu'un fluide est chauffé, en présence ou non d'un écoulement forcé, des instabilités apparaissent en fonction des différents paramètres (thermiques, opératoires, géométrie,..). Pour ce qui est des dispositifs parcourus par un écoulement de convection mixte, la bibliographie est très riche concernant les écoulements de fluides tel que l'air mais reste limitée pour tout ce qui est écoulement d'eau et surtout dans les configurations avec une condition aux limites de flux imposé. Récemment, ces études ont suscité un intérêt pour les applications industrielles telles que la CVD et les échangeurs de chaleur en général et certains phénomènes naturels tels que la météo. Faisant suite à une série d'études d'écoulements de convection mixte, notamment en conduite cylindrique soumise à un flux uniforme à la paroi (coexistence de gradients thermiques horizontal et vertical), rectangulaire avec un gradient thermique horizontal et rectangulaire avec un gradient thermique vertical ; dans ce dernier cas, le rapport d'aspect considéré était égal à 2 ce qui a introduit des effets de bords non négligeables sur le développement des instabilités. L'objectif de mon travail était de comprendre le déclenchement des instabilités dans le cas du gradient thermique vertical sans subir les effets de bords. Ainsi, j'ai étudié l'écoulement de convection mixte dans un canal horizontal, à section rectangulaire, de grand rapport d'aspect transversal (B=10), chauffé uniformément par le bas à flux constant pour les paramètres de fonctionnement suivants : 20 ≤ Re ≤ 200, 0 ≤ Ra ≤ 106, Pr = 7. Les techniques de visualisation que j'ai mises en place m'ont permis de mettre en évidence l'existence de deux mécanismes d'initiation des rouleaux longitudinaux dans ce type de configuration. Pour les faibles valeurs du nombre de Rayleigh, les rouleaux sont initiés le long des parois latérales et se propagent progressivement jusqu'à envahir toute la section droite par un effet de cascade visqueuse. Au-delà d'une valeur critique du nombre de Rayleigh, de nombreuses paires de rouleaux apparaissent simultanément à une même abscisse, dans la zone centrale de la section droite, indépendamment du premier mécanisme grâce à une instabilité du type Rayleigh Bénard. Ces deux mécanismes d'initiation ont été observés expérimentalement et numériquement. La condition de flux imposé à la paroi basse fait que l'établissement thermique n'est jamais atteint ; nous assistons dans ce cas à une évolution longitudinale du régime d'écoulement qui peut s'étaler le long du canal. Ainsi, j'ai mis en évidence quatre zones d'écoulement : une zone I d'entrée ou de formation des rouleaux ; une zone II établie où les rouleaux longitudinaux ont envahi toute la section droite, ces rouleaux sont stationnaires ; une zone III correspondant au régime déstabilisé où les rouleaux adoptent un comportement chaotique et enfin la zone IV qui correspond au régime turbulent, les rouleaux ne sont plus identifiables. J'ai déterminé en fonction des paramètres de contrôle les longueurs caractéristiques pour les différentes zones et proposé des corrélations permettant de les calculer en fonction des nombres de Reynolds et de Rayleigh. Pour l'analyse thermique de ce type d'écoulement, j'ai développé et exploité une technique de fluorescence induite par plan laser (PLIF) pour déterminer le champ thermique dans les différentes sections transversales du canal pour les différentes gammes des paramètres. Cette caractérisation a également été effectuée numériquement. Les champs de température obtenus dans les différentes sections droites fluide ont permis la détermination du transfert de chaleur, notamment le nombre de Nusselt. J'ai déterminé le nombre de Nusselt à la paroi chauffée, moyenné dans la direction transversale Y et représenté sa variation selon la direction longitudinale X pour diverses valeurs du nombre de Rayleigh et de Reynolds. On retrouve la signature des deux mécanismes d'initiation au travers du profil longitudinal du nombre de Nusselt. On peut observer que le transfert convectif est fortement accru en convection mixte par rapport à la convection forcée pure, d'un rapport de 5 à 10 selon les valeurs des nombres de Reynolds et de Rayleigh. L'ensemble des résultats expérimentaux que j'ai obtenus ont permis, en fonction des nombres de Reynolds et de Rayleigh, l'établissement de corrélations du nombre de Nusselt, valables en convection mixte pour ce type d'écoulement. Ces corrélations ont été établies pour le régime d'entrée et le régime établi. La PLIF semble être une technique performante pour la mesure de la température du fluide. L'ensemble de ces résultats ont été rédigés en deux articles et ont été soumis pour publication.
Author: Mustapha El Alami Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 200
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NOUS ETUDIONS LES ECOULEMENTS DE CONVECTION NATURELLE LE LONG D'UNE PAROI SOUMISE A UN CHAUFFAGE NON ISOTHERME, DANS UNE MAQUETTE A L'ECHELLE REDUITE. DANS UN PREMIER CHAPITRE, NOUS PRESENTONS UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIE DIRECTEMENT LIEE A NOTRE RECHERCHE. DANS UN DEUXIEME CHAPITRE, NOUS RAPPELONS LE PRINCIPE DE LA METHODE INTEGRALE DE KARMAN-POLHAUSEN ET NOUS PRESENTONS LES ELEMENTS QUE NOUS AVONS DEVELOPPES POUR COMPLETER CETTE METHODE. DANS UN TROISIEME CHAPITRE, NOUS DONNONS LE DISPOSITIF EXPERIMENTAL ET LA METROLOGIE INSTALLEE. DANS UN DERNIER CHAPITRE, NOUS EXPOSONS L'ENSEMBLE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET THEORIQUES. TROIS ELEMENTS IMPORTANTS POUR LA CONNAISSANCE DES ECOULEMENTS SONT ETUDIES POUR LA CAVITE REMPLIE D'AIR PUIS DE FORANE R12B1: LE CHAMP THERMIQUE, QUI NOUS PERMET DE CALCULER LA DENSITE DE FLUX ECHANGE PAR CONVECTION, LE NOMBRE DE NUSSELT ET LE COEFFICIENT D'ECHANGE CONVECTIF SUPERFICIEL ; UNE VISUALISATION DE L'ECOULEMENT ET UNE ANALYSE SPECTRALE DES FLUCTUATIONS DE TEMPERATURE QUI MONTRENT L'APPARITION ET LA DISPARITION DE CELLULES DE RECIRCULATION ET DE FORTES FLUCTUATIONS THERMIQUES ; UNE ETUDE THEORIQUE QUI DONNE DES RESULTATS TRES SATISFAISANTS PERMETTANT DE DEFINIR L'ECOULEMENT DANS LA COUCHE LIMITE. ENFIN, NOUS VERIFIONS QUE LA SIMILITUDE ETABLIE ENTRE LA MAQUETTE ET UNE CELLULE A L'ECHELLE REELLE, EST CONSERVEE DANS LE CAS DES ECOULEMENTS LE LONG D'UNE PAROI NON ISOTHERME VERTICALE DANS UNE CAVITE DONT LE NOMBRE DE RAYLEIGH EST VOISIN DE 10#1#1
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CE TRAVAIL DECRIT UNE CONTRIBUTION NUMERIQUE ET EXPERIMENTALE A L'ETUDE DU TRANSFERT DE MASSE ET DE CHALEUR DANS LES CAVITES PARTITIONNEES ET UNE APPLICATION AU CADRE DE LA PHYSIQUE DU BATIMENT. DANS UN PREMIER CHAPITRE NOUS DECRIVONS LES MECANISMES EN JEUX DANS DE TELLES CAVITES, PUIS NOUS PRESENTONS DU POINT DE VUE DE LA LITTERATURE L'ASPECT GLOBAL DU PROBLEME. ENSUITE NOUS EXPOSONS AU CHAPITRE II LE TRAITEMENT NUMERIQUE PAR DIFFERENCE FINIE DES EQUATIONS DE LA CONVECTION NATURELLE LAMINAIRE EN CAVITE PARTITIONNEE. PUIS NOUS METTONS EN EVIDENCE L'INFLUENCE DES PARAMETRES CARACTERISANT LE PARTITIONNEMENT SUR LES TRANSFERTS DE CHALEUR ET DE MASSE EN CONVECTION NATURELLE D'ORIGINE THERMIQUE OU SOLUTALE. DANS UN TROISIEME CHAPITRE NOUS PRESENTONS UNE APPLICATION A LA PHYSIQUE DU BATIMENT QUI CONCERNE LES TRANSFERTS AERAULIQUES A TRAVERS LES GRANDES OUVERTURES VERTICALES. APRES UNE PRESENTATION DU DISPOSITIF EXPERIMENTAL UTILISE ET DES PRINCIPAUX RESULTATS OBTENUS, NOUS NOUS CONSACRONS A L'EVALUATION COMPARATIVE DE RESULTATS NUMERIQUES OBTENUS A L'AIDE DE CODE TURBULENTS TRIDIMENSIONNELS SUR LES CONFIGURATIONS EXPERIMENTALES QUE NOUS AVONS TESTEES. LES RESULTATS MONTRENT UN BON ACCORD QUALITATIF ENTRE LES MODELES ET LES EXPERIMENTATIONS
Author: Bernard Souyri Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 419
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CRITERES DE SIMULITUDE POUR UNE ETUDE EN REGIME PERMANENT SUR MAQUETTE A ECHELLE REDUITE, REMPLIE D'AIR OU DE FORANE 12B1. DESCRIPTION DES EQUIPEMENTS DE MESURE (ANEMOMETRIE LASER ET SYSTEME THERMOMETRIQUE) ET DU TRAITEMENT DES DONNEES. LES RESULTATS SONT RELIES A LA STRATIFICATION THERMIQUE CENTRALE ET A UN PARAMETRE THERMIQUE ADIMENSIONNEL PRENANT EN COMPTE LE DEGRE D'ANISOTHERMIE DU VOLUME INTERIEUR PAR RAPPORT AUX PAROIS DE LA CELLULE
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L'objectif de cette thèse est de contribuer à la simulation numérique des transferts de chaleur par conduction dans les parois, par rayonnement et par convection thermosolutale dans des cavités fermées ou dans des conduites. Dans la plupart des cas pratiques, les trois modes de transfert de chaleur sont fortement couplés lorsque le fluide en mouvement est un mélange de gaz. Le transfert de chaleur par convection naturelle associé à la condensation surfacique dans une cavité à deux dimensions, remplie d'air humide a été étudié numériquement. Les parois verticales, d'épaisseur finie, sont en contact avec une ambiance extérieure froide. La modélisation faiblement compressible permet à la fois de tenir compte de la diminution de la masse du mélange et de la pression thermodynamique. Egalement, une étude de la convection mixte associée à l'évaporation d'un film liquide ruisselant sur les deux parois d'un canal vertical a été menée. Les effets des forces d'Archimède thermique et solutale sur le développement de l'écoulement ont été montrés. Les résultats ont été obtenus en considérant que les propriétés du mélange sont constantes ou basées sur la règle d'un tiers. Deux mélanges binaires de gaz parfaits air-vapeur et air-hexane ont été considérés en vertu de diverses conditions aux limites.
Author: El Hafiane Cherkaoui Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 254
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L'ETUDE DE LA CONVECTION NATURELLE DANS DES ESPACES CONFINES EST UN SUJET QUI CONCERNE DE NOMBREUX DOMAINES, NOTAMMENT LA THERMIQUE DE L'HABITAT. CE MEMOIRE S'INTEGRE DANS UN PROGRAMME DE RECHERCHE EXPERIMENTALE QUI VISE A ETUDIER LES COUPLAGES CONVECTO-RADIATIFS DANS UNE CAVITE A PAROIS ISOTHERMES ET DIFFERENTIELLEMENT CHAUFFEES EN MENANT UNE ANALYSE DE L'INFLUENCE DES CONDITIONS AUX LIMITES THERMIQUES ET RADIATIVES SUR LE TRANSPORT D'ENERGIE. LA METHODE ADOPTEE CONSISTE A MESURER LES CHAMPS THERMIQUE ET DYNAMIQUE DE L'ECOULEMENT PAR EXPLORATION DE COUCHE LIMITE A L'AIDE D'UNE SONDE A FIL THERMOSENSIBLE. LES EXPERIENCES ONT ETE REALISEES DANS UNE CAVITE FERMEE A ECHELLE UNITE DE HAUTEUR 2.5 M SUR UNE BASE DE 3.1.1M#2, CONSTRUITE AU LABORATOIRE D'ETUDES THERMIQUES A POITIERS (CEAT-ENSMA). LE NOMBRE DE RAYLEIGH RELATIF A LA HAUTEUR DE LA CELLULE EST DE L'ORDRE DE 10#1#0. TROIS CONFIGURATIONS RADIATIVES DES PAROIS ONT ETE UTILISEES: CELLES-CI SONT SOIT TOUTES TRES EMISSIVES, SOIT TOUTES TRES REFLECHISSANTES, SOIT MIXTES. LES PROPRIETES RADIATIVES DU GAZ ONT ETE MODIFIEES EN PORTANT L'AIR A L'INTERIEUR DE LA CAVITE A DIFFERENTES HUMIDITES RELATIVES. LES RESULTATS MONTRENT QU'IL N'Y A PAS DE MODIFICATION SENSIBLE DES ECHANGES CONVECTIFS LORSQU'ON CHANGE LES PROPRIETES RADIATIVES DES PAROIS OU DU GAZ. EN REVANCHE ILS CONFIRMENT QUE LA STRATIFICATION DU CUR DE LA CAVITE DEPEND DES PROPRIETES D'ABSORPTION DE L'AIR DANS LE DOMAINE DE L'INFRAROUGE. D'AUTRE PART LES RESULTATS CONFIRMENT QUE POUR UNE CONFIGURATION THERMIQUE DONNEE (UNE FACE VERTICALE CHAUDE, LES CINQ AUTRES ISOTHERMES PLUS FROIDES), L'ECOULEMENT EST LAMINAIRE STABLE MEME POUR DES NOMBRES DE RAYLEIGH SUPERIEURS A 10#1#0. ILS MONTRENT AUSSI, POUR LA MEME CONFIGURATION, UNE BONNE CONCORDANCE AVEC LA THEORIE DE LA PLAQUE PLANE. LES MESURES DE TEMPERATURE ET DE VITESSE ONT ETE AUSSI EXPLOITEES POUR DEVELOPPER UNE METHODE DE BILAN D'ENERGIE VISANT A EVALUER LES FLUX CONVECTIFS. CETTE METHODE PERMET DE COMPARER LES DIFFERENTS MODES DE TRANSFERT THERMIQUE DANS LA COUCHE LIMITE. ELLE CONFIRME QUE LES FLUX RADIATIFS SONT NEGLIGEABLES DEVANT LES TRANSFERTS ENTHALPIQUES QUELLES QUE SOIENT LES PROPRIETES RADIATIVES DES PAROIS OU DU GAZ
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DANS CETTE ETUDE EXPERIMENTALE NOUS AVONS MESURE LES TRANSFERTS CONVECTIFS SUR UNE FACE VERTICALE D'UNE CAVITE PARALLELEPIPEDIQUE DE GRANDE HAUTEUR EN FONCTION DE LA TEMPERATURE DES AUTRES FACES DE LA CAVITE. NOUS AVONS EN PARTICULIER MONTRE L'INFLUENCE DE LA TEMPERATURE DES FACES HORIZONTALES SUPERIEURE ET INFERIEURE ET DES DEUX FACES LATERALES SUR: 1) LA TEMPERATURE DE L'AIR AU CENTRE DE LA CAVITE; 2) LA STRATIFICATION DE LA TEMPERATURE DU CUR; 3) LES REPARTITIONS DE TEMPERATURE ET DE SES FLUCTUATIONS DANS LA COUCHE LIMITE; 4) LES ECHANGES CONVECTIFS LE LONG DE LA FACE VERTICALE CHAUDE. NOUS AVONS CLASSE LES CONFIGURATIONS DE TEMPERATURE EN FONCTION DE LEURS EFFETS SUR CES GRANDEURS. UNE MODELISATION DES TRANSFERTS CONVECTIFS EN CAVITE EST PROPOSEE EN DEFINISSANT UNE TEMPERATURE DE REFERENCE QUI TIENT COMPTE DE LA TEMPERATURE DE TOUTES LES PAROIS. NOUS MONTRONS QUE L'ECART DE TEMPERATURE RETENU DANS TOUTES LES ETUDES ANTERIEURES NE PERMET PAS DE MODELISER LES ECHANGES CONVECTIFS EN CAVITE
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CE MEMOIRE VISE A MONTRER QUE L'INFLUENCE DU RAYONNEMENT THERMIQUE EST SOUVENT NON NEGLIGEABLE LORS DES ETUDES EXPERIMENTALES DES ECOULEMENTS DE CONVECTION NATURELLE DANS LES CAVITES DIFFERENTIELLEMENT CHAUFFEES ET A GRAND NOMBRE DE RAYLEIGH. CE TRAVAIL DE RECHERCHE SUR LES COUPLAGES CONVECTION-RAYONNEMENT EN CAVITE FERMEE EST DANS UN PREMIER TEMPS ESSENTIELLEMENT EXPERIMENTAL. NOUS AVONS CONSTRUIT POUR CELA UNE MAQUETTE A RAPPORT DE FORME VOISIN DE L'UNITE POSSEDANT QUATRE PAROIS THERMOREGULABLES. LE NOMBRE DE RAYLEIGH RELATIF A LA HAUTEUR EST COMPRIS ENTRE 3.10 8 ET 1.10 9. LES CHAMPS DE TEMPERATURE SONT EXAMINES PAR INTERFEROMETRIE HOLOGRAPHIQUE EN TEMPS REEL (IHTR) AU VOISINAGE D'UNE PAROI CHAUDE. CELLE-CI EST SOIT LA FACE HORIZONTALE SUPERIEURE (CONFIGURATION PLAFOND CHAUD) SOIT UNE FACE VERTICALE PREPAREE EN VUE DE PRESENTER UNE EMISSIVITE PROCHE DE 0.07 OU PROCHE DE 0.9. DEUX GAZ DE REMPLISSAGE AUX PROPRIETES D'ABSORPTION DIFFERENTES SONT UTILISES : L'ARGON TRANSPARENT DANS L'INFRAROUGE AFIN D'AVOIR UNE REFERENCE SANS LES EFFETS DU RAYONNEMENT ET LE DIOXYDE DE CARBONE, ABSORBANT. LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT DES EFFETS MESURABLES DU TRANSFERT RADIATIF SUR LES ECOULEMENTS DE CONVECTION NATURELLE. A LA SORTIE DES COUCHES LIMITES, LA NATURE DU GAZ AINSI QUE L'EMISSIVITE DES PAROIS ONT UNE INFLUENCE NON NEGLIGEABLE SUR LES PROFILS DE TEMPERATURE. POUR LA CONFIGURATION PLAFOND CHAUD, LE RAYONNEMENT ENTRAINE LA MISE EN MOUVEMENT DE L'ENSEMBLE DU FLUIDE A DES VITESSES DE L'ORDRE DU MILLIMETRE PAR SECONDE QUI, INTEGREES SUR DES SURFACES DE PLUSIEURS METRES CARRES, CONDUISENT A DES DEBITS ASCENDANTS IMPORTANTS AU SEIN DE LA CAVITE. CONCERNANT, LES ECHANGES DE CHALEUR ENTRE LA PAROI CHAUDE ET LE FLUIDE, LE COUPLAGE INDUIT DES DIFFERENCES OBSERVABLES MAIS SANS RAPPORT AVEC LES RESULTATS DE F. YGUEL A RAYLEIGH PLUS ELEVE DANS L'AIR. LES MECANISMES DE COUPLAGE RAYONNEMENT-CONVECTION EN CAVITE SONT ANALYSES EN DETAIL SUR LA BASE DE NOS RESULTATS DE MESURE PAR IHTR, ACCOMPAGNES DE CAMPAGNES DE SIMULATIONS NUMERIQUES BIDIMENSIONNELLES. IL S'AGIT D'UN CODE COMBINANT UN ALGORITHME RADIATIF DE TYPE MONTE-CARLO AVEC LA PRISE EN COMPTE DES PROPRIETES D'ABSORPTION D'UN GAZ REEL ET UN MODELE CONVECTIF DE TYPE VOLUME FINI DANS LE CADRE DU FORMALISME D'EVOLUTION PAR TRANSFERT (T.E.F.).
Author: Francis Allard
Author: Francis Allard
Author: N. D
Author: Rani Taher
Author: Mustapha El Alami
Author: Karim Limam
Author: Bernard Souyri
Author: Najma Laaroussi
Author: El Hafiane Cherkaoui
Author: Abdel-Hadi Beghidja
Author: YVES.. CLERGENT